Глава 12 Оптимизация вычислений и программирование

12. 1. Система SmartMath и ее возможности Назначение системы SmartMath

Начиная с версии 4. 0 система MathCAD обзавелась новым средством оптимизации вычислений — SmartMath. Это фактически экспертная система, ускоряющая вычисления в тех случаях, когда это возможно. При запущенной системе SmartMath процессор численных операций, приступая к вычислению формульного блока, запрашивает символьный процессор о том, может ли тот произвести упрощение или иное преобразование исходной формулы. Если это возможно, то вычисления производятся уже по упрощенной формуле.

Помимо оптимизации вычислений второе важное назначение системы SmartMath заключается в визуализации символьных вычислений и преобразований. Тут дело в том, что символьные вычисления, выполняемые из позиции главного меню Symbolics не наглядны: результат их помещается рядом или под исходным выражением либо замещает его. Откуда он взялся и что именно делается для получения этого результата, в данном случае неясно. К примеру, при вычислении производной некоторого выражения из результата не видно, что вычисляется именно производная, и непонятно, какого она порядка.

Хотя при выполнении символьных операций можно задать опцию вывода комментариев, лишь с применением системы SmartMath процесс символьных преобразований стал очевидным даже в том случае, когда он имеет несколько стадий и выполняется с рядом специальных указаний — директив, которые при этом отображаются в документе.

Система SmartMath более полно использует ядро символьных операций, чем символьные вычисления из подменю позиции Symbolics главного меню, и снимает некоторые ограничения на их выполнение. Например, возможно использование в преобразуемых выражениях функций пользователя. Еще важнее то, что результаты символьных преобразований, выполняемых системой SmartMath, автоматически меняются при изменении исходных символьных данных. Этого, увы, не происходит при символьных вычислениях с помощью команд в позиции Symbolics главного меню.

Описание системы SmartMath не случайно включено в эту главу вместе с разделами по программированию. Она в сущности и является частью программных средств MathCAD, реализующих линейные программы символьных вычислений. При этом блоки символьных вычислений по своей конструкции и идеология их построения очень напоминают программные блоки.

Оператор символьного вывода

Вначале для визуализации результатов символьных преобразований был введен специальный символ — удлиненная горизонтальная стрелка —>. Ее можно вызвать нажатием клавиш Ctrl+. (точка) или вызовом из палитр математических символов (для ввода отношений и символьных операций). Шаблон этого знака имеет вид • —>, где на месте черного прямоугольника вводится подвергаемое символьному преобразованию исходное выражение.

Указанный символ можно рассматривать как простой оператор символьного вывода. Если задать исходное выражение и вывести курсор из формуль-ного блока с ним, то система помещает результат его символьных преобразований после стрелки (оператора символьного вывода). Это и есть первый этап работы с системой SmartMath.

Оператор расширенного символьного вывода

В версию системы MathCAD 7. 0 PRO введен еще один расширенный оператор символьного вывода. Он задается нажатием клавиш Ctrl+ Shift+. (точка) или выбором из палитры символьных операций. Этот оператор имеет вид • • —>. В первый шаблон-прямоугольник вводится исходное выражение, а во второй — директивы символьных преобразований. Они будут описаны чуть позже; задаются эти директивы или вводом соответствующих ключевых слов, или из палитры символьных операций.

Кроме того, в один такой оператор можно ввести другой, с тем чтобы получить составной расширенный оператор символьного вывода и место для записи нескольких директив. Это позволяет намечать заданный путь символьных преобразований. На рис. 12. 1 приведены простейшие примеры применения символьных операций без использования системы SmarthMath и с ее использованием.

Несмотря на простоту примеров, приведенных на рис. 12. 1, они дают наглядное представление об отличительных особенностях реализации символьных операций с помощью операторов символьного вывода, которые были указаны выше.