2. Информационная среда, предоставляемая в распоряжение пользователя

Современные пакеты прикладных программ, построенные на базе языков высокого уровня, а также специально созданные программы для инженерных и научных расчетов, например MathCAD, обладают огромными возможностями и существенно облегчают организацию сложных расчетов. Это может быть достигнуто, если информационная среда, предоставляемая программой в распоряжение пользователя, является дружественной, то есть помогает пользователю решать сложные задачи, а не отвлекает его особенностями работы программы.

Система MathCAD является типичным Windows-приложением и предоставляет в распоряжение пользователя типовое окно программы, содержащее стандартные элементы: строка заголовка, строка меню, панели инструментов, окно документа, строка состояния (рис.1).

Одновременно могут быть открытыми до восьми окон документов. Это позволяет работать сразу с несколькими рабочими документами, переходя от одного документа к другому щелчком мыши в документе назначения. Работа с документами аналогична работе с документами в приложениях Microsoft Office.

Обычно в окне программы выведены две панели инструментов Стандартные (Standard) и Форматирование (Formating). Пользователь может добавить третью панель Математика (Math), содержащую девять кнопок. Каждая кнопка раскрывает свою палитру:

1-я кнопка (Арифметические инструменты)– раскрывает палитру арифметических операторов Арифметика (Calculator). По внешнему виду и принципу действия эта палитра похожа на обычный калькулятор.

2-я кнопка (Инструменты графиков)– раскрывает палитру для изображения двух- и трехмерных графиков Графики (Graph).

3-я кнопка Векторные и матричные операторы– выводит палитру матричных и векторных операций Матрицы (Matrix).

Рис. 1. Окно программы MathCAD с набором панелей инструментов

4 –я кнопка Инструменты некоторых знаков (Evaluation) – выводит палитру Вычисления.

5-я кнопка (Операторы математического анализа) – раскрывает палитру Матанализ (Calculus) производных, интегралов, пределов, рядов и произведений.

6-я кнопка (Панель инструментов булево)- раскрывает палитру операторов отношений Булево (Boolean): равно, больше, меньше и т.п.

7-я кнопка (Инструменты программирования)– выводит палитру программных структур Программирование (Programming).

8-я кнопка (Символы греческого алфавита)– раскрывает палитру с греческими буквами Греческий алфавит (Greek).

9-я кнопка (Символические операторы) – выводит палитру для вставки символьных операторов Символы (Symbolic).

Естественно, что выводит на экран все панели инструментов и все палитры нецелесообразно. Пользователь сам определяет, какие панели и палитры ему нужны для решения конкретной задачи.

Таким образом, окно программы (интерфейс) содержит типовые элементы и обычно не вызывает у пользователей трудностей при работе с программой.

3. Входной язык, встроенные функции и модули системы MathCad

3.1. Входной язык системы MathCad

Алфавит входного языка системы содержит:

1. Малые и большие латинские буквы.

2. Малые и большие греческие буквы.

3. Малые и большие буквы кириллицы.

4. Арабские цифры от 0 до 9;

5. Специальные символы:

• знаки арифметических операций +, -, *, /,

• ^ (знак возведения в степень);

• _ (подчеркивание);

• знаки вычисления сумм, произведения, производной, интеграла;

• десятичная точка;

• точка с запятой;

• знак равенства;

• комбинация := (знак присваивания).

Символы алфавита используются для записи информационных объектов, формул для вычисления и т.п.

Основными информационными объектами, обрабатываемыми системой, являются величины. Все величины (исходные данные и результаты) делятся на постоянные (константы) и переменные. Они могут относиться к одному из следующих типов: константы, переменные, массивы, файлы.

Константы - это объекты, значения которых не изменяются в ходе выполнения алгоритма вычислений. Числовые константы могут быть целыми, действительными или комплексными.

Десятичные целочисленные константы задаются с помощью арабских цифр и знака минус, например: - 1234; 86.

Система MathCAD позволяет работать с целочисленными константами, записанными в восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления. Такие константы в конце записи помечаются латинскими буквами. Например: 12o - восьмеричная константа, 0Fh - шестнадцатеричная константа. Шестнадцатеричные константы записываются с помощью цифр от 0 до 9 и букв латинского алфавита от A до F.

Для записи вещественных констант используются две формы: с фиксированной точкой (например: 9.81) и с плавающей точкой (например: 12.75*10^-5).

Комплексные числа представляются в алгебраической форме, но сначала надо указать системе, какой символ - i или j - применяется для обозначения мнимой единицы.

Переменные - это объекты, которые имеют символьное имя и в каждый момент своего существования в документе имеют значение, которое может изменяться по ходу выполнения программы. Различают простые (скалярные) переменные (одно имя - одно значение), ранжированные переменные (с заданными пределами их изменения), индексированные переменные - элементы массива.

Переменные могут использоваться в математических выражениях, быть аргументами функций или операндами операторов.

Имя переменной должно быть идентификатором. Идентификатор - это любая последовательность разрешенных символов, которая начинается с буквы. К числу разрешенные символов относятся латинские и греческие буквы, цифры символы подчеркивания, процента, штриха, бесконечности. Буквы русского алфавита нельзя использовать в идентификаторах. Символ бесконечности может быть только первым символом в имени переменной. Прописные и строчные буквы в идентификаторах различаются, например: COMP1 и comp1 являются именами разных переменных.

Переменной до ее использования в математических выражениях необходимо хотя бы один раз присвоить значение. В противном случае переменная считается неопределенной и недоступной для применения, а попытка ее использовать приводит к появлению сообщения об ошибке. В системе MathCAD есть два способа присвоения значения переменной:

1. Глобальное присваивание - с помощью значка ≡ (три горизонтальные черточки), которое может производиться в любом месте документа и действовать на протяжении всего документа. Этот символ появляется в окне документа после набора на клавиатуре символа ~;

2. Локальное присваивание, знак которого := комбинируется из двух символов клавиатуры, воспринимаемых как единое целое. При наборе на клавиатуре достаточно ввести символ : (двоеточие) в рабочем документе сразу же отобразится знак локального присваивания. До этого присваивания переменная не определена. Операция локального присваивания переопределяет и глобальное значение.

Примечание: знак равенства используется для вывода значения переменной, если оно было присвоено ранее.

MathCAD содержит восемь переменных, значения которых определены сразу после запуска программы. Эти переменные называются предопределенными и имеют общепринятое значение ( e = 2.71826) или используются как внутренние переменные MathCAD.

Система воспроизводит введенные выражения слева направо и сверху вниз. Поэтому выражения, содержащие переменные, должны быть записаны в окне рабочего документа правее или ниже заданных значений переменных [1].

Например: x:=5

y:=sin(x)

y=

Массив - это упорядоченная последовательность конечного числа элементов. Атрибуты (неотъемлемые свойства) массива: имя, фиксированная длина, возможность доступа к отдельным элементам по указанию имени массива и порядкового номера (индекса) данного элемента. По умолчанию нумерация элементов массива начинается с нуля. Нижняя граница изменения индекса хранится в системной переменной ORIGIN. Если нужно начинать нумерацию индексов с единицы, то перед началом работы с массивом надо в рабочем документе переопределить значение переменной, то есть ORIGIN:=1.

В системе MathCAD используются две разновидности массивов: одномерный массив, или вектор, и двумерный массив, или матрица. Чтобы в рабочем документе сослаться на некоторые элементы массива, надо использовать подстрочные индексы, которые при наборе на клавиатуре задаются вводом знака открывающейся квадратной скобки. Например, ввод с клавиатуры последовательности символов

V[3:

отразится в окне документа следующей строкой:

V₃:=

Указание на элемент двухмерного массива A_1,2 требует дополнительного заключения подстрочных индексов в круглые скобки и разделения их запятой. То есть на клавиатуре надо набрать выражение: A[(1,2) .

Система MathCAD позволяет сохранять массивы на диске в виде текстовых файлов, имеющих имена [1].