Реализация основных алгоритмических структур средствами Mathcad

Введение

Mathcad не сложен в использовании и может применяться для коллективной работы. Данное программное приложение спроектировано и выполнено Алленом Раздовым, специалистом Массачусетского технологического института.

У программы очень удобный и простой в использовании интерфейс пользователя. Для ввода данных и формул можно воспользоваться клавишами компьютерной клавиатуры или, предназначенной для этих целей, панелью инструментов. Каждая операция осуществляется в рамках рабочего листа, на котором отображаются в графическом виде все выражения, что является основным отличием от символьной записи в других языках программирования.

Mathcad предназначается в основном пользователям, не владеющим правилами программирования, но вместе с тем его используют и в значимых проектах, чтобы наглядно показать результаты математических моделей путём использования разных расчётных процедур и типовых языков программирования. Помимо этого, Mathcad используется в реализации проектов, где главным фактором является возможность проследить взаимосвязи компонентов и следовать требуемым стандартам. Mathcad используется также в обучающих программах, при выполнении разных специальных расчётов. У него открытая архитектура, что позволяет без проблем его внедрять в любые информационные технологии и специальные проектные программные приложения. Mathcad позволяет также формировать электронные книги. Во всём мире данное приложение используют в своей деятельности примерно два миллиона человек.

Реализация основных алгоритмических структур средствами Mathcad

В состав Mathcad входит много различных операторов и функций специального назначения, которые позволяют решать самые разные инженерные проблемы. Он позволяет проводить численные и символьные вычислительные процедуры, осуществлять операции над скалярными величинами, векторными и матричными, а также переводить автоматически из одних единиц измерения в другие. Главные преимущества Mathcad заключаются в том, что с его помощью можно:

• выполнять решение дифференциальных уравнений, используя, в том числе, и численные методики.
• выполнять построение двумерных и трёхмерных графиков функций в разных системах координат.
• использовать греческую алфавитную символику и в написании текста, и в различных математических выражениях.
• осуществлять вычислительные операции в символьном режиме.
• выполнять операции над векторами и матрицами.
• осуществлять решение систем уравнений в символьной форме.
• осуществлять аппроксимацию различных кривых.
• выполнять подпрограммы.
• вычислить корень многочлена или функции.
• выполнять статистические расчёты и процедуры с расчётом вероятности.
• определять собственные числа и вектора.
• выполнять операции вычисления с единицами измерения.
• объединиться с системами автоматического проектирования и использовать итоги расчётов в качестве управленческих параметров.
• документировать все вычислительные операции при их осуществлении.

Сравнительная оценка с аналогами

Mathcad можно отнести к приложениям компьютерной алгебры, а именно, к системам, автоматизирующим математические вычисления. В этом классе программных продуктов существует много подобных программ различной направленности и организационной структуры. Наиболее часто Mathcad сравнивают с программными приложениями Maple, Mathematica, MATLAB, а также с их аналогами MuPAD, Scilab, Maxima и тому подобными. Но необходимо отметить, что непросто выполнить объективное сравнение преимуществ данных приложений, поскольку у них немного разные конечные цели и идеология их использования. Например, программа Maple нужна главным образом для аналитических вычислений с использованием символов и имеет самый мощный в своём классе комплекс специальных процедур, которых имеется больше трёх тысяч. Для большинства пользователей такой инструментальный набор является явно чрезмерным. По своим характеристикам Maple предназначен для профессионалов в математической сфере, то есть для решения задач в этой программе недостаточно умения использовать какой-либо функционал, необходимо понимать методы решения, которые заложены в них. Много внутренних функций Maple обладают аргументами, которые определяют методику решения проблемы. То же самое можно сказать и про Mathematica, являющейся одной из наиболее мощных программных приложений, которые имеют богатое оснащение различным функционалом, включая синтез звука.

Разработчики Mathcad сконцентрировали главный упор на доработку программы согласно требованиям пользователей. Они сформировали добавочный библиотечный набор и пакеты расширений, которые можно приобретать отдельно и получать добавочные функции, прибавляемые при установке программы. Помимо этого, доступны для покупки электронные книги с описанием методов разрешения некоторых конкретных проблем, и в которых приведены примеры действующих алгоритмов и документов, которые можно непосредственно использовать для своих расчётов. Кроме того, при необходимости и наличии навыков в реализации приложений на языке Си, можно сформировать свой функционал и приобщить его к ядру системы при посредстве определённых средств. Mathcad имеет отличие от Maple, которое заключается в том, что он изначально разрабатывался для численного решения математических задач и ориентирован на работу конкретно с прикладными проблемами, а не с задачами из сферы математической теории.