Маткат. MatCAD_5В060300-русс. Программа по дисциплине Mathcad для задач механики для специальности 5B060300 Механика

• Название: Программа по дисциплине Mathcad для задач механики для специальности 5B060300 Механика
• Анкор: Маткат
• Дата: 24.09.2019
• Размер: 0.82 Mb.
• Имя файла: MatCAD_5В060300-русс.doc
• Тип: Программа; #87587
• страница: 2 из 41

Примечание: РГЗ – расчетно-графическое задание.

7. Карта учебно-методической обеспеченности дисциплины

№№	Наименование учебников, пособий, используемые по курсу	Кол-во учебников, пособий в Научной библиотеке КарГУ
1.Основная Литература
	Дьяконов В.П. Matlab: Учебный курс / В.П. Дьяконов. – СПб: Питер, 2001. – 560 с.	1
	Дьяконов В.П. MathCAD2000: Учебный курс / В.П. Дьяконов. – СПб: Питер, 2000. – 596 с.	1
	Дьяконов В.П. MathCAD 8 Professional в математике, физике и Internet / В.П. Дьяконов, И.В. Абраменконова. – М.: Нолидж, 1999. – 512 с.	1
	Дьяконов В.П. Компьютерная математика. Теория и практика / В.П.Дьяконов. – М.: Изд-во Нолидж, 2001. – 296 с.	1
	Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов Matlab 5.x.: В 2-х т. – М. ДИАЛОГ–МИФИ, 1999. – 672 с.	1
2. Дополнительная Литература
	Дьяконов В.П. Mathematica 4: Учебный курс / В.П. Дьяконов. – СПб: Питер, 2000 – 482 с.	1
	Дьяконов В.П. Математическая система Maple V R3/R4/R5 / В.П.Дьяконов. – М.: Солон, 1998. – 381 с.	1
	Воскобойников Ю.Е. Программирование в математическом пакете MathCAD. Методические указания / Ю.Е. Воскобойников, Т.Н.Воскобойникова. – Новосибирск: Изд-во НГАСУ, 1999. – 32 с.	1
	Кирьянов Д.В. Самоучитель MathCAD2001 / Д.В. Кирьянов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 459 с.	1
	Очков В.Ф. Советы пользователям Mathcad / В.Ф. Очков. – М.: Изд-во МЭИ, 2001. – 196 с.	1
2.1. Список периодических изданий
	Вестник КарГУ. Серия Математика
2.2. Список источников на электронных носителях
	MathCAD.pdf-Foxit Phantom
2.3. Интернет источники
	http://www.studfiles.ru
	http://detc.ls.urfu.ru/
	http://sga-informatika.ru/153301/60-23-properties-information.html

8. Лекционный комплекс (тезисы лекций)
Тема лекции №1. Запись и чтение файловых данных. Обмен информацией с другими программами - приложениями.

Во все времена инженерам, исследователям (т.е. специалистам в своих областях) был необходим удобный и достаточно эффективный (для своего времени) инструмент для решения своих задач. В этот «инструментальный» ряд можно включить логарифмическую линейку, арифмометр, калькулятор, универсальную ЭВМ, персональный компьютер. При использовании вычислительной техники встала проблема реализации алгоритмов решения в виде так называемых программ. Для решения этой проблемы в различные годы использовались следующие средства:

• 
  программирование в машинных кодах (включая языки типа Ассемблер);
  
• 
  программирование на языках высокого уровня (включая объектно-ориентированное программирование);
  
• 
  системы компьютерной математики.
  

Разработка программы (даже с использованием языков высокого уровня с приставками Visual) требует и соответствующей подготовки (назовем ее «программистской»), и достаточно большего количества времени (и то и другое часто отсутствует у «обычного пользователя»). Поэтому, начиная с 90-х годов прошлого века, широкую известность и заслуженную популярность приобрели так называемые системы компьютерной математики или, проще, математические пакеты. К ним можно отнести MathCAD, MatLab, Mathematica, Maple.

На наш взгляд, наиболее подходящим для выполнения научно-инженерных расчетов является математический пакет MathCAD, особенно его последние версии MathCAD2000 Professional, MathCAD2001i Professional. Эти версии содержат тщательно сбалансированные средства численных и символьных вычислений с графической визуализацией результатов
в сочетании с современным интерфейсом пользователя, мощной справочной системой, обширными пакетами расширений (ориентированных на решение определенного класса задач) и средствами для работы в Internet.

Экспорт и импорт данных в пакете MathCAD.

Запись и чтение файловых данных.

В этой теме будут рассмотрены функции MathCAD, позволяющие записывать и считывать числовую и символьную информацию, представляемую ASCII-кодами, когда каждому символу соответствует определённый код со значением от 0 до 255. Обмен данными через файл позволяет «состыковать» MathCAD с программами, написанными на других языках высокого уровня (например, Си, Pascal и т.д.). Эти программы могут либо «генерировать» данные для дальнейшей обработки MathCAD, либо использовать данные, «генерируемые» в пакете MathCAD.

Данные, читаемые из файла или записываемые в файл, принадлежат к новому типу данных – файловых.

Для удобства изложения операторов для работы
с файловыми данными, разделим эти данные на две группы:

• 
  структурированные файлы;
  
• 
  неструктурированные файлы.
  

В структурированном файле данные располагаются в виде матрицы, т. е. каждая строка (так называемая запись) имеет одинаковое число элементов. В неструктурированном файле данные располагаются либо последовательно (только одна запись), либо в нескольких записях, но с разным числом элементов в них.

При работе со структурированными файлами необходимо помнить:

• 
  пробелы, запятые, знаки табуляции используются как разделители данных;
  
• 
  перевод строки (клавиша [Enter]) осуществляет переход к новой строке (новой записи файла);
  
• 
  в качестве разделителя между целой и дробной частью вещественного числа используется только десятичная точка (внимание при работе с данными из таблиц Excel);
  
• 
  данные в файле должны быть упорядочены в виде матрицы, т.е. каждая строка должна содержать одинаковое количество числовых значений;
  

• 
  пустые строки и строки, содержащие ASCII-текст, при считывании игнорируются;
  
• 
  если файл не соответствует перечисленным требованиям, то имя файла в функциях ввода-вывода выделится красным цветом.
  

При работе с неструктурированными файлами необходимо помнить:

• 
  пробелы, запятые, знаки табуляции, переводы строк используются как разделители данных;
  
• 
  в качестве разделителя целой и дробной части вещественного числа используется только десятичная точка.
  

В функциях работы с файловыми данными аргументом является Имя файла, в качестве которого может выступать:

• 
  строковая константа, содержащая полное имя файла или только имя файла (если он находится в текущем каталоге);
  
• 
  строковая переменная, получившая значение строковой константы, определяющей имя файла.
  

Для создания неструктурированных файлов используется две функции:

WRITE («Имя файла») : = «Данные»

APPEND («Имя файла») : = «Данные»

При использовании этих функций следует помнить:

• 
  если в функции WRITE указано имя существующего файла, то он заменяется новым файлом без предупреждения. Следовательно, этой функцией нельзя пользоваться для добавления данных в конец существующего файла;
  
• 
  функция APPEND используется для добавления данных
  в конец существующего файла. Если файл не существует, то эта функция создает его, записывая туда данные;
  
• 
  каждое обращение к функции APPEND добавляет в файл данные, начиная с новой строки (новую запись);
  
• 
  ДАННЫЕ – это только один элемент из следующего списка:
  

• 
  имя простой переменной;
  
• 
  имя массива с указанием индексного выражения;
  
• 
  значение числовой константы;
  

для записи нескольких элементов необходимо вызов функции поставить в тело цикла, параметр которого индексируется выражением.

Для создания структурированных файлов используются две функции:

WRITEPRN («Имя файла») := <данные>

appendPRN («Имя файла») := <данные>

При использовании этих функций необходимо помнить:

• 
  если в функции WRITEPRN указано имя существующего файла, то этот файл заменяется новым файлом без предупреждения;
  
• 
  функция APPENDРRN используется для добавления данных в конец существующего файла. При этом число столбцов добавляемого массива должно совпадать с числом столбцов массива, уже записанного в файл. Это правило позволяет добавлять в конец файла векторы с любым числом элементов;
  
• 
  в качестве разделителя между числами записывается пробел, в конце каждой строки осуществляется переход на новую строку;
  

• 
  ДАННЫЕ – это только один элемент из следующего списка:
  

• 
  имя простой переменной;
  
• 
  имя массива;
  
• 
  значение числовой константы.
  

Для чтения данных из неструктурированных файлов используется функция:

<ИМЯ> := READ(<Имя файла >),

где <ИМЯ> – это либо имя простой переменной, либо имя массива с указанным индексным выражением (т.е. элемент массива).

Для чтения данных из структурированных файлов используется функция:

<ИМЯ> := READPRN(<Имя файла >),

где <ИМЯ> – это либо имя простой переменной, либо имя массива.

Обмен информацией с текстовым процессором Word.

При оформлении дипломного проекта, диссертации, научной публикации возникает необходимость в объединении текстовой информации и результатов вычислений, графиков, полученных в документе MathCAD. Здесь возможны два способа объединения.

Способ 1. Вставка фрагмента документа MathCAD
в документ Word.

Способ 2. Вставка фрагмента документа Word в документ MathCAD.

Обмен информацией между MathCAD и Excel может быть осуществлен либо через буфер обмена, либо через установление объектной связи.

Основная литература:[1], [2], [12].

Дополнительная литература: [5], [6], [7].
Тема лекции №2. Безмодульное программирование в пакете MathCAD.

В этом разделе рассматриваются конструкции пакета MathCAD, позволяющие реализовать следующие типы алгоритмов: линейный, разветвляющийся и циклический (проще–цикл). При этом будут изучены два способа программирования:

• 
  программирование в пакете MathCAD без использования программных модулей;
  
• 
  программирование с использованием программных модулей.
  

Первый способ (в дальнейшем для простоты названный безмодульным программированием) реализуется записью соответствующих конструкций непосредственно в математических областях документа MathCAD, и он приемлем для сравнительно простых алгоритмов.

Второй способ (называемый для простоты модульным программированием) предполагает реализацию отдельных независимых алгоритмов вычисления (например, решение нелинейного уравнения методом «деления отрезка пополам») в виде отдельных программных модулей, которые будем называть подпрограммами-функциями (сокращенно П-Ф). Первое слово «подпрограмма» указывает на свойство «изолированности» этого модуля от других вычислений в документах MathCAD, а второе слово «функция» – на способ вызова модуля и механизмы передачи вычисленных в модуле значений. Заметим, что принцип модульного программирования в свое время (70–80 годы XX века) существенно повысил производительность труда программистов, разрабатывающих программы с использованием алгоритмических языков высокого уровня. Применение его в пакете MathCAD позволяет:

• 
  «распараллелить» разработку программы между несколькими исполнителями;
  
• 
  создать проблемно-ориентированные библиотеки П-Ф для решения научно-технических задач с размещением библиотек на сайтах Интернета;
  
• 
  уменьшить затраты на разработку и сопровождение программ для пакета MathCAD.
  

Рассматриваются конструкции пакета, позволяющие реализовать линейный, разветвляющийся и циклический алгоритмы непосредственно в математических областях документа MathCAD.

Программирование линейных алгоритмов.

Характерной особенностью линейных алгоритмов является строго последовательное выполнение всех операций алгоритма без пропусков и повторений вычислений. Поэтому конструкции, реализующие такой алгоритм, записываются в документе MathCAD в нужном порядке их выполнения, т.е. «слева направо – сверху вниз».

Программирование разветвляющихся алгоритмов.

Характерной чертой разветвляющихся алгоритмов является наличие в них нескольких возможных ветвей вычислений. Выбор конкретной ветви зависит от выполнения (или не выполнения) заданных условий на значения переменных алгоритма.

Для проверки заданных условий в MathCAD используется: выражение отношений, логические операции и логические выражения.

Выражением отношений (или просто отношением) называется конструкция вида:

<выр.1> <операция отношения> <выр.2>,

где <выр.1>, <выр.2> – произвольные арифметические выражения, <операция отношения> – любая из следующих операций: (здесь вертикальные чёрточки являются разделительным символом при перечислении).

Для ввода знаков операций отношений можно использовать использовать клавиши, обозначения которых приведены в табл.1.
Таблица 1.

Знаки операции	Клавиши
<	[<]
	[Ctrl] + [9]
>	[>]
	[Ctrl] + [0]
=	[Ctrl] + [=]
	[Ctrl] + [3]