МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Обробка табличних даних в з пакеті oRiGIn

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №5

З КУРСУ “комп’ютерна ОБРОБКА ІНФОРМАЦІЇ”

для студентів базового напряму

6.170103 «Управління інформаційною безпекою»

№2883 від 8.10.09

Затверджено

на засіданні кафедри

“Захист інформації” протокол № 3 від 24.09.2009 р.

Львів – 2009

Обробка табличних даних в пакеті Origin: Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу “Комп’ютерна обробка інформації” для студентів базового напряму 6.170103 «Управління інформаційною безпекою» / Укл. Л.В.Мороз, Л.М.Ракобовчук, І.І.Рудик, О.В.Пашук - Львів: НУЛП, 2009, - 18 с.

Укладачі: Мороз Л.В., канд. техн. наук, доц. Ракобовчук Л.М., канд. техн. наук, доц.

Рудик І.І., інженер

Пашук О.В., асистент

Відповідальний за випуск: Дудикевич В.Б., проф., д.т.н, зав.каф. Захисту інформації

Рецензент:

Максимович В.М., доктор техн. наук, проф.

Мета: навчитись працювати з електронними таблицями і графіками в середовищі Origin, навчитися застосовувати набуті знання для обробки інформації.

1. Теоретична частина

MICROCAL Origin 7.5 Pro - професійний пакет для побудови графіків математичних функцій, експериментальних і статистичних даних, який застосовується для обробки і візуалізації експериментальних даних.

Функціональні можливості пакету Origin, що включають ряд найбільш важливих функцій обробки даних і побудови графіків, можуть бути представлені наступною схемою (рис. 1).

Рис. 1. Функціональні можливості пакету Origin.

Робота в Origin організовується у вигляді проекту (Project). Проект є набором вікон. Origin підтримує роботу 8 основних видів вікон, що відкриваються за допомогою меню File: New. або за допомогою відповідних піктограм, розміщених в панелях інструментів (Toolbars).

Основні вікна для роботи в Origin:

1) вікно робочої таблиці (Worksheet Window);

2) вікно графіка (Graph Window);

3) вікно матриці (Matrix Window).

Вікно Excel дозволяє використовувати засоби однойменного пакету для роботи з даними.

Вікно вихідної сторінки (Layout Page-l.p.) служить для розміщення на одній сторінці табличних даних, текстових фрагментів і графіків.

Вікно функціонального графіка (Function Graph-f.g.) використовується при розрахунку функцій.

За допомогою вікна редактора мови Labtalk (Labtalk Editor) можна проводити операції редагування і відладки підпрограм. Останнім в списку є вікно заміток (Notes).

Як додаткові вікна можна вказати на вікно результатів (Results Log), в якому відображаються результати обробки даних за допомогою функцій, що викликаються з меню Analysis.., і вікно записів (Script Window) - вікно текстового редактора.

В кожен момент часу активне тільки одне вікно. Від виду вікна певною мірою залежить склад функцій, включених в рядок меню (Menu Bar). Операції вибору, перейменування, розміщення вікон на екрані монітора проводяться за допомогою меню Window. Ряд функцій роботи з вікнами доступні в меню, що відкривається клацанням правою кнопкою миші на заголовку вікна.

Вікно робочої таблиці. Виводиться відразу при запуску Origin або з меню File:new Worksheet. Обидва способи формують таблицю з шаблону, який знаходиться у файлі ORIGIN.OTW. Таким чином, якщо змінити параметри і вид даної таблиці і зберегти її у вигляді шаблону з вказаним ім'ям, то при подальшому відкритті таблиці вона представлятиметься саме у такому вигляді.

Основне поняття таблиці-dataset (набір даних). Набір даних в Origin розглядається як об'єкт у вигляді одновимірного масиву, що містить цифрові або текстові значення. Набір даних поміщається в таблиці у вигляді колонки.

Кожен набір даних має своє ім'я, що утворюється з'єднанням імені таблиці і імені колонки, розділених рискою “_”, наприклад Data1_a.

Набір даних, що поміщається в колонку таблиці, є копією набору даних, що зберігаються в пам'яті ЕОМ. При побудові графіка з набору даних ці дані також беруться з пам'яті.

Одночасний огляд змін табличного і графічного представлення даних включається шляхом вибору меню View: Actively Update Plots в табличному вікні. Якщо при цьому розташувати поряд графічне і табличне вікна, то зміна значень даних в табличному вікні викличе одночасну зміну положення відповідних точок графіка.

Окремі значення в наборі даних розглядаються як елементи. Кожен елемент пов'язаний з індексом i, який відповідає номеру ряду в таблиці.

При запуску Origin або формуванні нової таблиці зазвичай виводиться таблиця з колонками A(X) і B(Y). В процесі роботи з проектом можна додати нові колонки за допомогою відповідної піктограми в рядку стандартних операцій або за допомогою меню Column: Add New Columns. Ця команда відкриває відповідне діалогове вікно, в якому можна задати число колонок, що додаються. Одна або декілька колонок додаються праворуч від останньої колонки і отримують найменування за абеткою.

Для додавання колонки у визначеному місці таблиці вибирають меню Edit:insert (Вставити). Нова колонка вставляється зліва від поточної виділеної колонки.

Origin дозволяє переміщати виділену колонку в початок або в кінець таблиці шляхом виклику команди Column:move to First і Column:move to Last.

Origin дозволяє також змінювати діапазон відображення даних в колонці шляхом послідовного виділення початкової і кінцевої комірок і вибору відповідних розділів меню Edit:set as Begin або Edit:set as End. У разі потреби відновлення початкового діапазону даних вибирається меню Edit:reset to Full Range. Установка діапазону впливає на відображення даних при побудові графіка і на значення початкового і кінцевого індексів у вікні розрахунку значень колонки.

За допомогою меню Edit:clear, Edit:delete проводиться очищення вмісту або стирання виділеного діапазону осередків або стовпців.

Параметри табличного вікна можуть бути змінені за допомогою двох основних діалогових вікон: Worksheet Display Control і Worksheet Column Format. Перше вікно відкривається за допомогою подвійного клацання на сторінці поза таблицею, друге - при подвійному клацанні на заголовку. У ці ж вікна можна увійти через меню Format:worksheet і Format:column.

Вигляд і пояснення до розділів вікна worksheet Display Control приведені на рис.1.

Діалогове вікно Worksheet Column Format містить відомості про ім'я колонки і про її позначення, яке може бути змінене. Також в цьому вікні відображаються і можуть бути змінені Тип колонки (Column Type): числовий, текстовий, часу, змішаний і тому подібне В нижній частині вікна розташовується менше вікно для введення підпису (Label) до заголовка колонки. В нижній правій частині вікна знаходиться розділ Column Width, що дозволяє встановлювати ширину колонки (кількість позицій, що відображаються).

Рис. 1. Вид діалогового вікна Worksheet Display Control - настройка параметрів таблиці:

Text - установка параметрів тексту в таблиці;

Color : Cells; Headings - установка кольору вмісту комірок і заголовків таблиці;

Use Default- встановити настройки кольорів за умовчанням;

Style- настройка стилю текста;

Use System Fonts- використовувати системний шрифт і розмір символів;

Font- шрифт;

Pt Size- поточний розмір символів;

Worksheet Measurement- установка розмірів робочої таблиці:

Column Heading Height- висота заголовка колонки;

Row Heading Width- ширина заголовка ряду;

Gap From Top- відступ від верхньої межі (величини, що виставляються в цьому розділі установок, вимірюються в 1/10 од. від висоти символів).

Heading Options- параметри заголовка:

Column Name- відображення імені колонки;

Multiline Name- відображення імені в декількох рядках;

Column Label- підпис колонки;

Row- відображення заголовка ряду;

Background- установка кольору і фону;

Divide Line- установка кольору розділяючої лінії;

Grids- параметри сіток;

Vertical- відображення вертикальної сітки;

Horizontal- відображення горизонтальної сітки;

Line Width- ширина лінії.

Позначення колонок. В загальному випадку кожна колонка може мати одне з шести позначень: X, Y, Z, L (Label), Error Bar і Disregard. (L-текстові пояснення з певними координатами XY, Error Bar - смуга помилок.)

Зміна позначення колонки може проводитися декількома способами:

Подвійне клацання на заголовку колонки відкриває вікно діалогу Worksheet Column Format, в якому із списку Set Column As вибирається необхідне позначення:

- Виділення колонки і вибір меню Format:column.

- Виділення колонки і вибір меню Column:set As..

- Виділення колонки, клацання ПКМ і вибір меню Set As.

Позначення колонки визначає спосіб її побудови на графіці при виконанні наступних кроків:

- Виділення колонок і вибір Plot:graf Type.

- Виділення колонок і вибір Plot:template.

(Виділення проводиться клацанням на заголовку. Для виділення ряду колонок проводиться переміщення по ним натиснутою мишею).

Замість вибору меню Plot:... можна використовувати піктограми графіків з набору 2d Graph або 2d Graph Extended (розширений), що встановлюються шляхом виклику меню View:toolbars...

Можливий і альтернативний спосіб побудови графіків без виділення колонок. При цьому позначення колонок ігноруються і колонки поміщаються у вибрані позиції в діалоговому вікні Select Columns for Plotting, яке відкривається при виклику меню Plot:..

Способи побудови таблиць можуть бути відображені наступними схемами (табл. 1.- 3).

В таблиці може бути одна, декілька або жодної колонки Х. Колонка Х визначає значення на осі Х, щодо яких будуватимуться на графіці одне або декілька значень Y.

Таким чином, можуть бути сформовані самі різні види таблиць.

За відсутності колонки Х значення Y будуються щодо номерів колонок або значень Х за замовчуванням. Для визначення значень Х за замовчуванням необхідно вибрати команду меню Format: Set Worksheet X. Ця команда відкриє діалогове вікно For all Worksheet Columns, в якому встановлюється початкове значення і крок зміни (інкремент) по Х. Для відображення значень Х за замовчуванням необхідно вибрати View: Show X Column.

Для розташування по осі Х підписів (текстових позначень) у вікні Worksheet Column Format в розділі Display вибирається опція Text, після чого в осередки колонки Х вводяться текстові позначення.

A(Y)

B(Y)

C(L)

1

i

Способи побудови таблиць.

Таблиця 1.

	A(X)	B(Y)	C(Y)
1
i
	A(Y)	B(Y)	C(Y)
1
i

Таблиця 2.

	A(X1)	B(Y1)	C(X2)	D(Y2)
1
i

Таблиця 3.

	A(X)	B(Y)
1
i

Для забезпечення підпису кожної точки графіка праворуч від колонки з набором даних з позначенням Y вводиться колонка з підписами, що позначається як L (Labels).

Позначення Error Bars застосовується для вказівки смуги помилок експериментальних даних. Відповідна колонка повинна знаходитися також безпосередньо праворуч від колонки Y. Приклад графіків з використанням цього позначення приведений в розділі Samples в проекті ERRBARS.

Позначення Disregard застосовується у разі, коли необхідно зберегти дані в таблиці, але не відображати їх на графіці.

Ввод і вивід в табличному вікні. При введенні з клавіатури дані поміщаються в активну (виділену) комірку. Переміщення активної комірки проводиться як клавішами із стрілками, так і клавішами Enter (наступний ряд) і Tab (наступна колонка).

Наступні клавіші використовуються для зміни видимої позиції в таблиці:

Клавіша	Опис
Home	перша комірка
End	остання комірка
Pg Dn	на одну сторінку вниз
Pg Up	на одну сторінку вверх
CTRL- Home	верх таблиці
CTRL-End	низ таблиці

Origin дозволяє імпортувати масиви даних великої розмірності у форматі ASCII. Як правило, набір даних, що імпортується, поміщається в першу колонку. Для розподілу декількох наборів даних по окремих колонках при імпорті декількох наборів даних необхідно в діалоговому вікні ASCII Import Options в розділі Import Into Worksheet as вибрати рядок New Columns. Діалогове вікно викликається за допомогою меню File:import: ASCII Options. Можливості настройки інших параметрів процедури імпорту пояснюються на рис. 2.

Рис. 2. Вид діалогового вікна ASCII Import Options for Data n- меню імпорту (ввода) ASCII-символів для набору даних Data n.

File Structure- структура файлу (структура ASCII-файла): Delimited, delimiter- розмежований, роздільник (Роздільники визначають структуру файлу даних, ASCII-, що містить, символи.)

Типи роздільників:

Unknown- невідомий; Comma- кома; Tab- табуляція;

Space-пробіл; Other-інший (можна визначити свій роздільник).

Fixed, col Widths- фіксований, ширина стовпця (Файл по структурі є фіксованим. Стовпці блоку мають фіксовану ширину, яка виражається числом знакомісць. Пропуски і коми також є ASCII- символами.)

Automatic determination of column types - автоматичне визначення типу кожного стовпця в блоці;

# of lines for structure testing- кількість рядків, що відводяться для тестування структури файлу.

File Header - заголовок файлу

Scip main header, number of lines - пропуск головного заголовка, кількість рядків (задана кількість перших рядків при імпорті ASCII- файлу ігнорується);

Auto determine to skip more header lines-автоматичне визначення кількості рядків, що пропускаються;

Specify known subheader lines (0,1..) -точно визначити відомі рядки (0,1..) підзаголовка.

When non- numeric is found in numeric fields - коли знайдений нечисловий вираз в числових полях (потрібно вибрати реакцію програми в таких випадках із списку меню. Програма відстежуватиме нечислову інформацію, яка знаходиться після заголовка. Відзначимо, що заголовок визначається по-перше n тестованих рядках, число яких визначається в попередньому розділі.)

Terminate Import - перервати імпорт;

Read as missing data - читати як відсутні дані;

Start new worksheet/column - почати нову робочу таблицю/колонку;

Append to header label - додати до мітки заголовка.

# of Columns - число стовпців (кількість стовпців, що імпортуються)

Unknown - невідомо (з ASCII- файлу будуть імпортовані всі стовпці)

Import Into Worksheet as- імпортувати в робочу таблицю як ... (пропонується вибрати з меню правило імпортування).

New Data- нові дані (відбувається перезапис старих даних).

New Columns- нові колонки (в робочу таблицю праворуч від поточних додаються нові стовпці).

New Rows- нові рядки (в робочу таблицю знизу від поточних додаються нові рядки).

Update Options- оновлення настройок (установки діятимуть тільки для поточної робочої таблиці. Щоб зберегти ці настройки для майбутніх робочих таблиць потрібно зберегти цю робочу таблицю як шаблон.).

Import Now..- імпортування з новими установками.

Other Options..- додаткові опції (відкриття вікна Data Import Options for Data n).

Рис. 3. Діалогове вікно меню Options.

Запис даних з таблиці в двійковий файл здійснюється за допомогою операції експорту (File:export).

Передача даних в інші таблиці може проводитися і за допомогою умов, що задаються при виборі меню Analysis:extract Worksheet Data. При виборі цього меню відкривається діалогове вікно, в якому вводиться вираз, що визначає умову вибору. Воно може містити математичні оператори і операторів умов :>,<,>=,<=, ==,|=,&&,||.

Розрахунок робочої таблиці і матриці. Origin дозволяє розраховувати значення елементів робочої таблиці за допомогою математичних виразів при виборі команди меню Column: Set Column Values або аналогічної команди при клацанні правою кнопкою миші на виділеній колонці. При цьому з'являється діалогове вікно, в якому можна вказати діапазон комірок і розрахункову формулу.

В розрахунковій формулі можуть використовуватися наступні функції:

Функції abs(x), angl(x,y), sqrt(x), exp(x), log(x), ln(x), int(x), nint(x), mod(x,y), rmod(x,y), prec(x,p), round(x,p);

Тригонометричні функції sin(x), cos(x), tan(x), asin(x), acos(x), atan(x);

Гіперболічні функції sinh(x), cosh(x), tanh(x);

Багатопараметричні функції Gauss, Lorentz, Logistic, ExpDecay, ExpGrow, ExpAssoc, Boltzmann, Hyperbl, Dhyperb, Pulse, Poly.

Спеціальні функції, функції генерації випадкових даних даних, статистичні розподіли.

Функції можна поміщати в розрахунковий вираз за допомогою кнопки Add Function.

Ідентичний набір функцій входить в список функцій діалогового вікна Set Matrix Values і вікна Plot Details, яке відкривається при формуванні вікна графіка функції (New:function).

В розрахункових виразах можуть використовуватися арифметичні і логічні оператори, а також оператор умови. При записі розрахункових виразів використовуються імена колонок і, при необхідності, індекси i їх рядів. В разі використання наборів даних з однієї і тієї ж таблиці імена відповідних колонок або їх порядкові номери, що відлічуються від першої лівої колонки, записуються в круглих дужках, а індекси - в квадратних.

Приклади запису розрахункових виразів:

Col(B)= Col(A)*2; Col(B)=Col(1)[i]*i;

Col(B)= Col(a)[5*(i-1)] - Col(d);

Col(c)= Col(b)>0?Col(b):0 - використання оператора умови для збереження в колонці с тільки додатних значень колонки b.

При використанні в розрахунковому виразі наборів даних з інших таблиць, їх імена записуються з вказівкою імені таблиці і імені відповідної колонки, розділених символом “_”, наприклад Col(b)= Data2_a[i*2+1].

В наведених виразах підкреслена частина, яка виводиться в діалоговому вікні зліва від вікна для запису.