В. Матросов Основыработы
 Скачать 0.71 Mb.
|
|
А.В. Матросов “Основы работы в Maple” МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций А .В. Матросов Основы работы в Maple V Rel. 4 Санкт-Петербург 1999 2 Введение Maple является системой аналитических вычислений, предназначенной для облегчения ре- шения не только математических задач, но также инженерных, финансовых, экономических и технических, требующих привлечения разнообразного математического аппарата. Пользо- вателем данной системы может быть любой человек, владеющий математикой в пределах необходимых ему знаний для решения задач проблемной области. Это может быть инженер, занимающийся расчетом конструкций, финансист, следящий за потоками денежных масс на предприятии, математик, использующий Maple для облегчения своей работы, и т.д. Система Maple работает под управлением операционной системы Windows 95, и ее интер- фейс пользователя является стандартным для программ, разработанных для выполнения под управлением этой операционной системы: меню, панели инструментов, рабочая область, возможность загрузки нескольких документов Maple в одном сеансе работы и т.д. Пользователь с помощью клавиатуры набирает команды (функции) в рабочем поле, которые передаются на обработку основному компоненту системы, называемому ядром системы. Названия, или имена команд и функций соответствуют тем действиям, которые они выпол- няют, что достаточно удобно как для новичка, так и для специалиста. Любая, введенная пользователем правильная команда Maple, немедленно интерпретируется исполняющей си- стемой, и пользователь сразу же видит результат. Кроме непосредственного ввода последовательности необходимых команд для решения за- дачи Maple предоставляет собственный язык программирования, операторы которого похо- жи на операторы любого языка программирования высокого уровня. Это позволяет создавать собственную последовательность действий для решения конкретной часто выполняемой за- дачи, и оформить ее в виде процедуры, которую впоследствии можно вызывать в любое вре- мя. Изучив небольшой набор команд и правил, можно приступать к работе в системе Maple. Справочная система поможет в дальнейшем освоении и изучении данной системы аналити- ческих вычислений. Основной компонент Maple - рабочий лист, в который пользователь заносит не только ко- манды Maple, но и комментарии в виде форматированного текста. Развитая система графики позволяет встраивать в рабочий лист двумерные и трехмерные графические отображения, поясняющие и помогающие решению конкретной поставленной задачи. 3 Обобщая все сказанное в этом кратком введении в возможности Maple, приведем следующий интересный факт. Когда в 1993 году один из авторов находился в поисках системы аналити- ческих вычислений для решения сложной задачи механики деформируемого твердого тела, ему удалось достать другую систему: MATHEMATICA, но, естественно, без документации и с очень плохой справочной системой. Он обратился к своему знакомому в Южной Африке с просьбой выслать книгу по этой системе. Ответ был достаточно интересен: «Зачем тебе это надо, бери Maple - и наслаждайся!». Автор так и сделал. Нашел Maple и наслаждается им до сих пор. 4 Графический интерфейс пользователя Любое Windows-приложение взаимодействует с пользователем через свой интерфейс, кото- рый представляет собой «окно» с расположенными в нем разнообразными стандартными компонентами: меню, панелями инструментов, полями ввода и т.д. Эта глава посвящена опи- санию основных компонентов интерфейса пользователя системы Maple, которому мы уде- лим столько времени, сколько необходимо для того, чтобы начать работу. Постепенно по мере необходимости будем постоянно обращаться снова к возможностям, предоставляемым интерфейсом. Наша основная цель - научить решать задачи с помощью Maple, а умение ра- ботать с интерфейсом придет по мере накопления опыта работы с системой. Общий вид Maple имеет стандартный оконный интерфейс пользователя для программ, работающих под управлением Windows 95/Windows NT. При загрузке программы на экране монитора отоб- ражается окно интерфейса, представленное на рис. 1. В нем можно выделить несколько ос- новных компонентов (частей). Рис . 1 Окно программы Maple (MF-1.GIF) В верхней части, непосредственно под заголовком окна, расположена строка меню, в кото- рой находятся меню системы Maple. При нажатии левой кнопкой мыши на каком-нибудь из 5 меню, например File (Файл), раскрывается окно, в котором находятся команды и подменю данного меню. В дальнейшем не будем явно указывать, что нажата левая кнопка мыши. Вы- ражение «нажать кнопку мыши» будет соответствовать «нажать левую кнопку мыши». Там, где необходимо использовать правую кнопку мыши (например, для вызова контекстного ме- ню), это действие будет указываться явным образом. Ниже полосы меню расположена основная панель инструментов с рядом кнопок, дублиру- ющих наиболее часто используемые команды меню. Щелчок мыши на кнопке приводит к выполнению ассоциированной с ней команды. Большую часть окна интерфейса занимает рабочая область, в которой вводятся команды и отображаются результаты их выполнения. Непосредственно под основной панелью инструментов расположена контекстная панель инструментов, вид которой зависит от того, в какой области рабочего листа расположен курсор. Существует пять видов контекстных панелей инструментов: для выделенного дву- мерного графика, для выделенного трехмерного графика, для выделенной анимационной графики, для области вывода и для области ввода рабочего листа. На рис. 1 показана кон- текстная панель инструментов области ввода рабочего листа. В нижней части интерфейса расположена строка состояния, в которой отображаются неко- торые параметры, относящиеся к исполняющей системе Maple, а также краткая информация относительно выбранной команды меню. Во время работы для определенных объектов рабочего листа можно отобразить набор ко- манд, применимых к данным объектам. Для этого достаточно расположить курсор над объ- ектом и нажать правую кнопку мыши. Появится контекстно-зависимое меню для этого объ- екта (небольшая панель с набором команд). Рабочие листы Технология работы в Maple представляет собой интерактивный сеанс: пользователь вводит команды в рабочем поле интерфейса и передает их на выполнение исполняющей системе (ядру) Maple. Все вводимые команды и отображаемые результаты вычислений представляют собой рабочий лист - основной документ, который создает Maple и с которым он работает. При завершении сеанса работы его можно сохранить на диске в файлах разных форматов, а при очередном сеансе открыть и снова выполнить все команды, содержащиеся в нем, или произвести его корректировку. На рис. 2 показан рабочий лист с командами и результатами их выполнения в окне интерфейса пользователя системы аналитических вычислений Maple. 6 Рабочий лист состоит из области ввода (Input Region) и области вывода (Output Region). В первой пользователь вводит команды Maple, которые передаются на выполнение в ядро си- стемы. В области вывода отображаются результаты выполнения команд и операторов языка Maple, а также двумерная и трехмерная графика, создаваемая графическими командами Maple, если задан режим вставки графики в рабочий лист, а не отображения ее в отдельном окне. В случае отображения графики на рабочем листе область вывода будем называть обла- стью вывода графики. Рис . 2 Рабочий лист в Maple (MF-2.GIF) Все указанные области можно видеть на рис. 2. Область ввода и вывода образуют группу (Group), которая на рабочем листе отмечается квад- ратной скобкой. Отметим, что группа может содержать несколько областей ввода и, соответ- ственно, вывода. Основное свойство группы заключается в том, что все ее операторы и ко- манды выполняются за одно обращение к исполняющей системе Maple, т.е. нажатие клави- ши Область ввода Область ввода - это область рабочего листа, в которой пользователь вводит информацию. Эта информация может быть двоякого рода: команды и операторы Maple или текстовые комментарии. 7 По умолчанию при создании нового рабочего листа (при загрузке Maple новый рабочий лист создается автоматически) устанавливается режим ввода команд и операторов. Указанием на это является приглашение ввода в строке рабочего листа - символ ' > ', сразу же после кото- рого расположен мерцающий курсор. Пользователь вводит с клавиатуры команды и нажати- ем клавиши Команды можно отображать либо в форме операторов Maple, либо в виде привычной мате- матической записи. Например, для вычисления интеграла от функции f( ) x можно в поле ввода отобразить команду int(f(x),x) , либо установить режим, при котором эта команда отобразится в привычной математической записи f( ) x dx ∫ Можно задать режим, при котором в области ввода любая вводимая информация рассматри- вается как текстовый комментарий (Text Region). Такие комментарии удобны, когда необ- ходимо разъяснить, что будет выполнять последующий оператор, или просто необходимо описать постановку задачи и основные моменты алгоритма ее решения. Следует отметить, что система Maple достаточно широко используется по всему миру при обучении математике и некоторым техническим дисциплинам. Поэтому возможность вставки в рабочий лист тек- стовых комментариев, позволяющих создать учебный материал для изучения и демонстра- ции применения каких-то понятий, методов, алгоритмов и т.п., является достаточно полез- ным средством. Примеры команд в области ввода вместе с текстовыми комментариями можно видеть на рис. 3, из которого видно, что в текстовый комментарий можно вставлять формулы, а также вы- делять фрагменты текста. Maple позволяет изменять тип, размер и цвет шрифта как в текстовых комментариях, так и в области ввода. Переключение между режимами ввода команд и текстового комментария осуществляется либо с помощью команд Text Input (Ввод текста) и Maple Input (Ввод ко- манд) меню Insert (Вставить), либо с помощью кнопок на основной панели инструментов (кнопки с символами ' Σ ' и ' T '). 8 Рис . 3 Рабочий лист с комментариями (MF-3.GIF) Если оператор не помещается в строке рабочего поля, он автоматически переносится на сле- дующую строку. Пользователю нет необходимости следить за переносом длинных операто- ров или больших комментариев. Рис . 4 Несколько операторов, заданных в одной группе (MF-4.GIF) В одной строке можно вводить несколько операторов, разделенных точкой с запятой (;) или двоеточием (:), но иногда удобно задать несколько операторов по одному на строке, но так, чтобы при нажатии 9 можно ввести несколько операторов по одному на каждой строке и после нажатия Область вывода Результаты выполнения операторов, введенных в области ввода, отображаются в области вывода. Можно задать три формата вывода: в виде строковой записи, аналогичной формату ввода, в виде символьной записи и в виде типографской записи. Все три типа вывода пред- ставлены на рис 5. Необходимый тип записи в области вывода задается командами Lineprint Notation (Строко- вая запись), Character Notation (Символьная запись) и Typeset Notation (Типографская за- пись) подменю Output Display (Отображение вывода) меню Options (Опции). Рис . 5 Типы вывода результатов (MF-5.GIF) Обычно используется вывод в типографском стиле, так как он является наиболее читаемым. Вывод графики Как уже говорилось, вывод графики в Maple можно осуществлять непосредственно в рабо- чий лист (режим по умолчанию) или в отдельное окно. Задание соответствующих режимов осуществляется командами Inline (Встроенная графика) и Window (Графика в окне) подме- ню Plot Display (Отображение графики) меню Options (Опции). Оба типа вывода графики представлены на рис 6. 10 Рис . 6 Два режима вывода графики (MF-6.GIF) На рисунке показан рабочий лист, в котором открыт документ Maple_book.mws. Два опера- тора выводят графики одной и той же функции y x x = + sin( ) cos( ) 3 . Отличие заключается в том, что первый оператор plot выполняется при включенном режиме вывода графики в ра- бочий лист, а второй оператор plot работает, когда графика выводится в окне, в данном случае в окне plot2-1. Обратим внимание на то, что содержимое полосы меню и контекстной панели инструментов отличаются от соответствующего меню и панели инструментов на предыдущих рисунках. Это связано с тем, что окно графики в данный момент является ак- тивным - заголовок окна имеет яркий цвет. Поэтому эти элементы интерфейса пользователя отображают команды, связанные с обработкой графики в окне. Вывод графики в окне полезен для отображения промежуточных результатов расчетов, так как графические изображения, расположенные на рабочем листе, значительно увеличивают размер файла при сохранении и требуют дополнительной оперативной памяти при открытии документа с графикой. 11 Работа с меню Список доступных меню отображается в строке меню. При выборе какого либо меню появ- ляется панель с набором доступных команд и подменю данного меню. Команда отличается от подменю тем, что она сразу же выполняется при щелчке на ней кнопкой мыши, а подменю отображает свой список команд. Выбор какого-либо меню осуществляется щелчком мыши на имени этого меню. На рис. 7 показана панель со списком команд меню File. Рис . 7 Команды меню File (MF-7.GIF) На примере меню File объясним структуру раскрывающегося списка команд и подменю. Как видно на рис. 7, при выборе меню оно высвечивается (отображается шрифтом белого цвета на синем фоне) и при этом появляется панель со списком команд и подменю. В этой панели в левом столбце расположены имена (названия) команд, а справа расположе- ны соответствующие каждой команде «быстрые клавиши» - комбинации клавиш, одновре- менное нажатие которых приводит к выполнению команды. Например, если на клавиатуре нажать одновременно клавиши Если в правом столбце напротив имени команды отображается символ '4', это означает, что данная команда является подменю, и при ее выборе отобразится дополнительная панель с командами (а может быть и подменю). Команды подменю Export As (Записать как) показаны на рис. 8. Если в названии команды присутствует многоточие, это означает, что для выполнения дан- ной команды требуется дополнительная информация, которую пользователь должен ввести в отображаемом диалоговом окне. Например, для команды Save As (Сохранить как) необхо- 12 димо в диалоговом окне задать имя файла и его расположение (путь). Это можно сделать в диалоговом окне, отображаемом данной командой. Рис . 8 Команды подменю Export As (MF-8.GIF) Обычно список команд разделен на логические группы, содержащие команды, выполняю- щие функционально-связанные действия. Такие группы отделяются в панели команд разде- лительной чертой. Например, команды меню File, связанные с печатью, выделены в одну группу. Действия некоторых команд заключаются в установлении какого-либо режима работы си- стемы Maple. Обычно они действуют как переключатели: включают или выключают соот- ветствующий режим. Если режим, определенный командой, включен, то слева от ее имени отображается метка 'b'. Например, в меню File на рис. 8 включен режим Auto Save Settings (Автоматическое сохранение установок). Выбор меню и их команд можно производить и с помощью клавиатуры. Если посмотреть на названия меню, то можно заметить, что некоторые символы отображаются подчеркнутыми. Эти символы используются в качестве быстрых клавиш для выбора меню. При нажатии ком- бинации клавиш Для выбора команд и подменю из списка меню можно применять «горячие клавиши». Они отличаются от быстрых клавиш тем, что простое нажатие на клавиатуре клавиши, соответ- ствующей подчеркнутому символу в имени команды или подменю при раскрытом списке команд меню, приводит к выполнению соответствующей команды или отображению списка команд подменю. Например, нажатие клавиши 13 Если в списке команд раскрывающегося меню название команды отображается серым цве- том, то данная команда не доступна. Обычно в Maple такое происходит с командами вставки содержимого Буфера обмена или копирования в Буфер обмена. Если он пуст, то, естествен- но, ничего нельзя вставить в документ, и поэтому команды вставки из Буфера обмена не до- ступны. В случае если в рабочем листе нет выделенного фрагмента, то наоборот, ничего нельзя скопировать в Буфер обмена, и соответствующие команды недоступны. |