Информатика и интегрированные прикладные системы
.pdf
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Энергетический
Кафедра |
Тепловые электрические станции |
СОГЛАСОВАНО |
СОГЛАСОВАНО |
Заведующий кафедрой |
Декан |
_______________Н.Б. Карницкий |
_______________ К.В. Добрего |
__ ______________ 2016 г. |
__ ______________ 2016 г. |
ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
ИНФОРМАТИКА И ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ СИСТЕМЫ
для специальности 1-43 01 08 Паротурбинные установки атомных электрических станций
Составители:
ст. преп. Пронкевич Е.В., ст. преп. Романко В.А., ассистент Денисов С.М.
Рассмотрено и утверждено на заседании Совета энергетического факультета «24» марта 2016 г., протокол № 7
1
Перечень материалов
Теоретический раздел:
«Информатика и интегрированные прикладные системы» - курс лекций;
Практический раздел:
«Информатика и интегрированные прикладные системы» - задания для выполнения лабораторных работ;
Контроль знаний:
«Информатика и интегрированные прикладные системы» -
перечень вопросов, выносимых на экзамен и задания для курсовой работы;
Вспомогательный раздел:
«Информатика и интегрированные прикладные системы» - типовая учебная программа для учреждения высшего образования.
Пояснительная записка
Целью создания ЭУМК является обучение методам решения информационных задач, приобретение навыков работы на современных вычислительных средствах, изучение новых информационных технологий.
В качестве базового учебного языка программирования выбран объектно-ориентированный язык С++, позволяющий осваивать классические приемы и современные технологии программирования. Полученные базовые навыки далее развиваются посредством обучения визуальному и объектно-
ориентированному программированию с использованием языка Java.
Материалы данного электронного учебно-методического комплекса можно использовать при выполнении курсовой работы.
Задачами ЭУМК является решение задач математического моделирования, обработки массивов данных, представленных в виде таблиц или списков, представления результатов обработки в виде отчетов,
программирование на алгоритмическом языке С++; применение стандартных программ для компьютерного моделирования технических задач;
2
Особенности структурирования и подачи учебного материала:
- теоретическая часть включает в себя конспект лекций по дисциплине
«Информатика и интегрированные прикладные системы» и содержит три раздела. Первый раздел – программное обеспечение, в котором рассматриваются пакеты Mathcad, Mathematica, электронные таблицы MS Excel. Второй раздел – объектно-ориентированное программирование на языках программирования С++, Java. Третий раздел –численные методы решения нелинейных уравнений и систем линейных и нелинейных алгебраических систем на языке программирования С++.
-практическая часть состоит из набора заданий для выполнения лабораторных работ по дисциплине;
-раздел контроля знаний содержит вопросы к экзамену и перечень заданий для выполнения курсовых работ;
-вспомогательный раздел содержит типовую учебную программу по дисциплине «Информатика и интегрированные прикладные системы».
Рекомендации по организации работы с УМК (ЭУМК): Материалы
данного электронного учебно-методического комплекса можно использовать при выполнении лабораторных и курсовых работ, посвященных объектно-
ориентированному программированию на языке программирования С++. И
численным методам решения нелинейных уравнений и систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений на языке программирования С++.
3
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
1. КУРС ЛЕКЦИЙ ................................................................................................................................... |
9 |
РАЗДЕЛ 1. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ .................................................................................. |
9 |
1.1.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАБЛИЦЫ MS EXCEL.................................................................................. |
9 |
1.1.2. ПРОГРАММА MATHCAD ........................................................................................................ |
29 |
1.1.3. ПРОГРАММА MATHEMATICA .............................................................................................. |
37 |
РАЗДЕЛ II. ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ.................................. |
42 |
1.2.1. ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................. |
42 |
1.2.1.1. Основные понятия и обозначения: алгоритмы, языки, программы .................................... |
42 |
1. 2. 1.2. Современное объектно-ориентированное программирование: языки С и С++, |
|
достоинства и недостатки..................................................................................................................... |
44 |
1. 2. 2. ПРОСТЫЕ И СТРУКТУРИРОВАННЫЕ ТИПЫ ДАННЫХ................................................ |
46 |
1. 2.2. 1.Элементы языка C++ .............................................................................................................. |
46 |
1.2.2.2. Операции................................................................................................................................... |
51 |
1.2.3. ФУНКЦИИ................................................................................................................................... |
56 |
1.2.3.1. Объявление, определение, вызов............................................................................................ |
56 |
1.2.3.2. Способы передачи параметров, их типы .............................................................................. |
58 |
1.2.3.3. Рекурсия .................................................................................................................................... |
59 |
1.2.3.4. Математические функции ....................................................................................................... |
60 |
1.2.4. СТРУКТУРИРОВАННЫЕ ТИПЫ ДАННЫХ.......................................................................... |
61 |
1.2.4.1 . Статические и динамические массивы ................................................................................. |
61 |
1.2.4.2. Инициализация массива .......................................................................................................... |
63 |
1.2.4.3. Строки ....................................................................................................................................... |
68 |
1.2.4.4. Структуры ................................................................................................................................. |
72 |
1.2.4.5. Объединения............................................................................................................................. |
73 |
1.2.4.6. Поля битов ................................................................................................................................ |
75 |
1.2.4.7. Перечисление. Структуры. Определения ............................................................................. |
76 |
1.2.4.8. Сортировка массивов............................................................................................................... |
77 |
1.2.4.9. Нахождение суммы элементов массива................................................................................. |
78 |
1.2.4.10. Нахождение произведения элементов массива................................................................... |
78 |
1.2.5. ФАЙЛЫ........................................................................................................................................ |
79 |
1.2.5.1. Объявление, создание, чтение, корректировка ..................................................................... |
79 |
1.2.5.2. Типы файлов ............................................................................................................................. |
80 |
|
4 |
1.2.5.3. Потоки ....................................................................................................................................... |
84 |
1.2.6. ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ .......................................... |
85 |
1.2.6.1. Абстракция данных.................................................................................................................. |
85 |
1.2.6.2. Три принципа объектно-ориентированного программирования ........................................ |
86 |
1.2.6.3. Шаблоны (параметризованные типы).................................................................................... |
90 |
1.2.6.4. Классы ....................................................................................................................................... |
96 |
1.2.7. ВВОД-ВЫВОД .......................................................................................................................... |
107 |
1.2.7.1. Компаненты и функции, используемые для ввода-вывода................................................ |
107 |
1.2.8. УПРАВЛЯЮЩИЕ КОМПОНЕНТЫ, МЕНЮ ....................................................................... |
114 |
1.2.9. РАБОТА С ТЕКСТОМ ............................................................................................................. |
129 |
1.2.9.1. Стандартные процедуры и функции для работы со строками .......................................... |
129 |
1.2.10. ГРАФИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ..................................................................................... |
137 |
1.2.10.1. Рисование элементарных фигур ......................................................................................... |
137 |
1.2.11. ЯЗЫК JAVA............................................................................................................................. |
147 |
1.2.11.1. Апплеты Java ........................................................................................................................ |
148 |
1.2.11.2. Базовые типы ........................................................................................................................ |
161 |
1.2.11.3. Элементы управления.......................................................................................................... |
168 |
1.2.11.4. Сети ....................................................................................................................................... |
175 |
РАЗДЕЛ III. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ............................................................................................. |
183 |
1.3.1. РЕШЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ .......................................................................... |
183 |
1.3.1.1. Метод бисекции...................................................................................................................... |
183 |
1.3.1.2. Метод хорд.............................................................................................................................. |
184 |
1.3.1.3. Метод простой итерации ....................................................................................................... |
184 |
1.3.1.4. Метод Ньютона (метод касательных) .................................................................................. |
188 |
1.3.2. ИНТЕРПОЛЯЦИЯ .................................................................................................................... |
191 |
1.3.2.1. Системы функций Чебышева ............................................................................................ |
191 |
1.3.2.2. Формула Лагранжа................................................................................................................. |
192 |
1.3.2.3. Линейная интерполяция ........................................................................................................ |
194 |
1.3.3. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ ............. |
196 |
1.3.3.1. Решение системы линейных уравнений (СЛАУ) методом Гаусса.................................... |
196 |
1.3.3.2. Решение систем линейных алгребраических уравнений методами простой |
|
итерации и Зейделя ............................................................................................................................. |
198 |
1.3.4. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ |
|
МЕТОДОМ НЬЮТОНА..................................................................................................................... |
201 |
1.3.5. МЕТОД ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ .................................................................... |
202 |
1.3.5.1. Формула трапеций ................................................................................................................. |
204 |
|
5 |
1.3.5.2. Формулы прямоугольников .................................................................................................. |
205 |
|
1.3.5.3. Формула Симпсона ................................................................................................................ |
207 |
|
1.3.6. АППРОКСИМАЦИЯ ................................................................................................................ |
208 |
|
1.3.7. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ |
|
|
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ПЕРВОГО ПОРЯДКА ................................................. |
210 |
|
1.3.7.1. Метод Эйлера (метод Рунге-Кутта 1-го порядка)............................................................... |
211 |
|
1.3.7.2. |
Модифицированный метод Эйлера .................................................................................. |
216 |
(метод Рунге-Кутта 2-го порядка). .................................................................................................... |
216 |
|
Метод Эйлера-Коши ........................................................................................................................... |
216 |
|
1.3.7.3. Метод усредненных точек..................................................................................................... |
219 |
|
1.7.3.4. Метод Рунге-Кутта 4 порядка............................................................................................... |
221 |
|
1.3.7.5. Общая характеристика методов............................................................................................ |
223 |
|
1.3.8. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ |
|
|
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ .............................................. |
224 |
|
1.3.9. БЕЗУСЛОВНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ................................................................... |
225 |
|
1.3.9.1. Метод Фибоначчи .................................................................................................................. |
225 |
|
1.3.9.2. |
Метод золотого сечения ..................................................................................................... |
228 |
2. |
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ .......................................................................................... |
231 |
Лабораторная работа № 1. ВЫЧИСЛЕНИЕ ВЫРАЖЕНИЯ .......................................................... |
231 |
|
Лабораторная работа № 2. ОПЕРАТОР IF ....................................................................................... |
233 |
|
Лабораторная работа № 3. ОПЕРАТОР SWITCH............................................................................ |
236 |
|
Лабораторная работа № 4. ЦИКЛИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ .................... |
239 |
|
Лабораторная работа № 5. ВЫЧИСЛЕНИЕ КОНЕЧНЫХ СУММ................................................ |
241 |
|
Лабораторная работа №6. ОДНОМЕРНЫЕ МАССИВЫ................................................................ |
242 |
|
Лабораторная работа № 7. ДВУМЕРНЫЕ МАССИВЫ.................................................................. |
244 |
|
Лабораторная работа №8. ПОДПРОГРАММЫ ............................................................................... |
246 |
|
Лабораторная работа №9. ФАЙЛЫ................................................................................................... |
248 |
|
Лабораторная работа №10. РЕШЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ ..................................... |
250 |
|
Лабораторная работа №11. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ |
|
|
АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ................................................................................................ |
252 |
|
Лабораторная работа №12. ИТЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ............................................................ |
254 |
|
Лабораторная работа №13. ИНТЕРПОЛИРОВАНИЕ..................................................................... |
256 |
|
Лабораторная работа №14. РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ |
|
|
МЕТОДОМ НЬЮТОНА..................................................................................................................... |
258 |
|
Лабораторная работа №15. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ АППРОКСИМАЦИИ ..................................... |
260 |
|
Лабораторная работа №16. ВЫЧИСЛЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННОГО ИНТЕГРАЛА........................ |
262 |
|
|
|
6 |
Лабораторная работа №17. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ |
|
|
УРАВНЕНИЙ ПЕРВОГО ПОРЯДКА ............................................................................................... |
264 |
|
Лабораторная работа №18. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ |
|
|
УРАВНЕНИЙ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ ............................................................................................ |
266 |
|
Лабораторная работа №19. ОПТИМИЗАЦИЯ. ЗАДАЧА МИНИМИЗАЦИИ.............................. |
268 |
|
3.1. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ .................................................................................. |
271 |
|
3.2. |
ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАНИЙ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ ..................................................... |
275 |
3. |
ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ............................................................................. |
288 |
7
Электронный учебно-методический комплекс
Теоретический раздел
ИНФОРМАТИКА И ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ СИСТЕМЫ
Курс лекций
Минск 2016
8
1. КУРС ЛЕКЦИЙ
РАЗДЕЛ 1. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1.1.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАБЛИЦЫ MS EXCEL
Назначение электронных таблиц
Электронные таблицы MS Excel предназначены для обработки таблично организованной информации. Особенностью электронных таблиц является структу-
рирование информации непосредственно на этапе ввода данных — данные и формулы хранятся в ячейках рабочего листа (рисунок 1.1.1.1). Совокупность листов составляет рабочую книгу, которая сохраняется как целостный объект в одном файле с расширением
xls.
Рисунок 1.1.1.1 Слои ячейки
Настройки окна MS Excel
9
Строка меню |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Панель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
инструментов |
Панель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стандартная |
инструментов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формати- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Строка формул |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вертикальная |
|
|
|
|
|
Текущая ячейка |
|
|
||||||
Кнопка |
|
Поле |
|
|
|
|
|
|
|
полоса |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
выделения |
|
имени |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прокрутки |
всего листа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заголовки |
|
|
|
|
|
|
|
Маркер заполнения |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
столбцов |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонтальная |
Заголовки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полоса |
|
строк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прокрутки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Строка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
состояния |
|
|
Кнопки |
|
|
|
Ярлычки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перемещения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
листов |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
по листам |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Управление средой
Осуществляется посредством команд главного меню, контекстного меню,
вызываемого правой кнопкой мыши, кнопок панелей инструментов. Настройки окна Excel
производятся командами меню Вид и в диалоге Сервис—Параметры… В диалоговом окне можно изменить количество листов в книге, стандартный размер и шрифт в ячейках,
стиль ссылок (закладка Общие), установить режим показа формул в ячейках листа,
показать/убрать линии сетки, заголовки строк и столбцов, полосы прокрутки (закладка
Вид), изменить параметры автосохранения (закладка Сохранение), стандартные цвета заливки (закладка Цвет), способ пересчета формул (закладка Вычисления) и др. С
помощью закладки Списки можно создавать пользовательские ряды. Для этого нужно в левой части окна выбрать строку НОВЫЙ СПИСОК, а в правой части ввести элементы списка, нажимая после каждого элемента Enter.
10