Квалификация (степень) выпускника «бакалавр»

Кондратьев В.П.

ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Задания для контрольных работ и методические указания по их выполнению для студентов заочной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования (нормативный срок обучения),

обучающихся по направлению подготовки бакалавра

« 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

в соответствии с требованиями ФГОС ВПО 3 поколения

Квалификация (степень) выпускника «бакалавр»

Екатеринбург 2013

УДК 681.3.06

ББК 32.973.26-018.1

Рецензент: доцент кафедры информационных систем и технологий, к. т. н. В.П. Некрасов

Кондратьев В.П.

Языки программирования. Задания для контрольных работ и методические указания по их выполнению / В.П. Кондратьев – Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», 2013. – 19 с.

Методические указания содержат варианты заданий контрольных работ, методические указания по их выполнению и модельные варианты выполнения заданий с приложениями в виде программных модулей на языке Паскаль и в математическом пакете Maple.

Рекомендовано НМС УрТИСИ ФГОБУ ВПО «СибГУТИ» в качестве методических указаний по выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования (нормативный срок обучения), обучающихся по направлению подготовки « 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи», квалификация (степень) выпускника «бакалавр», в соответствии с требованиями ФГОС ВПО 3 поколения.

УДК 681.3.06

ББК 32.973.26-018.1

Кафедра информационных систем и технологий

©УрТИСИ ФГОБУ ВПО СибГУТИ, 2012

Содержание

Введение. 4

1. Задание для контрольной работы.. 5

1.1. Постановка задачи. 5

1.2. Структура отчета. 6

1.3. Варианты заданий. 6

2. Порядок выполнения контрольной работы. 7

2.1. Вычисление корня уравнения. 7

2.2. Вычисление коэффициентов фурье. 7

2.3. Математический пакет maple. 8

3. Реализация алгоритмов. 9

3.1. Локализация корня уравнения. 9

3.2. Вычисление коэффициентов фурье. 9

3.3. Спектральный анализ сигналов. 10

литература. 19

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания по выполнению контрольной работы по курсу «Языки программирования» предназначены для студентов заочной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования (нормативный срок обучения), обучающихся по направлению подготовки « 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи», квалификация (степень) выпускника «бакалавр».

Разработано 10 вариантов заданий. Приведен пример решения модельного задания на языке математического пакета MAPLE. Показано построение фрагментов программы для решения поставленной задачи средствами языка программирования Паскаль. При решении модельной задачи применяются наиболее простые численные алгоритмы.

Для выполнения работы необходимо изучить алгоритмы решения отдельных частей работы и построить (по типовому образцу) собственные программы.

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы позволят студентам самостоятельно разобраться в структуре дисциплины, изучить основной теоретический материал и применять полученные знания и навыки при изучении других дисциплин, требующих применения вычислительной техники.

Материалы и пособия, необходимые для выполнения работы, передаются студентам в электронном виде.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа выполняется самостоятельно на заключительном этапе изучения курса и ставит целью изучение основных численных алгоритмов и освоение возможностей программирования и прикладных пакетов для вычислений и визуализации данных при решении учебных и профессиональных задач.

Для выполнения работы требуется:

· изучить язык программирования (BASIC или ПАСКАЛЬ), типы данных, основные операторы, функции и процедуры, механизм передачи параметров в них;

· изучить основные алгоритмы вычислительной математики: решение уравнений (поиск корня уравнения), численное интегрирование, аппроксимация данных по методу наименьших квадратов, численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений, методы гармонического анализа периодических функций;

· освоить приемы работы в математических (Maple) и инженерных (MathCAD, MATLAB) пакетах для обработки и визуализации данных и результатов вычислений.

Постановка задачи

Написать программу на языке программирования (Бейсик, Паскаль) для решения следующей задачи (10 вариантов задания). Построить блок-схемы задачи и вспомогательных частей алгоритма. Оформление графиков и таблиц выполнять средствами математических и инженерных пакетов.

Задача:

Рассматривается функция F(t), представляющая собой периодический (период 2π) сигнал единичной амплитуды длительности T. Значение величины T есть наименьший положительный корень полинома (таблица 1- по вариантам), который вычисляется любым из известных методов нахождения корней уравнений.

1. Программу, реализующую вычисление корня Т , написать на языке программирования Pascal ABC. Для построенного сигнала вычислить по формулам Бесселя коэффициенты конечной суммы Фурье и записать их в файл.

2. С помощью языка программирования математического пакета Maple вычислить для аналогового сигнала своего варианта коэффициенты конечной суммы Фурье (аппроксимирующего тригонометрического полинома) в аналитической форме, построить графики исходного сигнала, тригонометрического полинома для нескольких степеней, а также графики спектров амплитуд дискретного (с коэффициентами из файла, вычисленными на Паскале) и аналогового сигнала.

Структура отчета

1. Формат А4.

2. Титул

3. Постановка задачи

4. Алгоритмы решения вспомогательных задач

5. Блок-схемы

6. Общая структура программы на языке программирования

7. Результаты расчетов, графики

8. Литература

Варианты заданий

Таблица 1. Варианты полиномов (номер варианта определяется по последней цифре студенческого билета)

№ варианта	Полином
	x^5-8*x-1
	x^5-3*x-3
	2*x^4-x^3-8
	x^6-4*x^4-2
	x^6-4*x^4-3
	x^6-3*x^3-2
	x^5-7*x-14
	x^5-x^3-1
	x^5-2*x^3-4
	x^6-3*x^4-5

Вычисление корня уравнения

Для вычисления наименьшего положительного корня полинома (таблица 1) определяем интервал его расположения, вычислив значение полинома на концах отрезка [a, b], задавая числа a и b до получения смены знака полинома. К полученному интервалу применяем метод касательных с начальной точкой в правом конце интервала, либо метод Вегстейна. Описание методов изучаем по учебному пособию «Кондратьев В.П. Вычислительная математика» (файл МПВ.pdf)

Математический пакет Maple

Следующий этап выполнения работы – решение задачи средствами математических пакетов.

После освоения приемов работы в математическом пакете Maple (файл «Основы работы в Maple.pdf» ) следует ознакомиться со свойствами дискретного преобразования Фурье (файл «Дискретное преобразование Фурье.pdf») и языком программирования системы Maple (файл «Язык программирования Maple.pdf»). Основные структуры языка: операторы цикла и процедуры – используются в файле «Demo_maple.mws», где приводятся методы спектрального анализа аналоговых и дискретных сигналов.

Пример выполнения части II работы средствами пакета Maple приведен в файле «spectr.mws». Вместо модельного варианта следует подставить свой вариант полинома, тщательно просмотреть все вычисления, разобраться в алгоритмах и операторах их выполняющих, поварьировать параметры, такие как число узлов сетки N для построения тригонометрического полинома, число коэффициентов полинома n.

РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ

Локализация корня уравнения

Локализация корня может быть выполнена следующими операторами

{----- локализация корня------}

repeat

writeln('Задайте a,b');

readln(a,b);

ya:=f(a);

yb:=f(b);

writeln(a:6:2,b:5:1,ya:12:8,' ',yb);

until ya*yb<0;

Вычисление корня с заданной точностью реализуется методом касательных либо методом Вегстейна.

{==========метод касательных=====================}

x0:=b;

delta:=1;

repeat

x1:=x0-f(x0)/f1(x0);

delta:=abs(x0-x1);

x0:=x1;

writeln (x0);

until delta<epsilon;

Вычисленное значение корня T определяет длительность сигнала.

Литература

Основная:

1 Кондратьев В.П. Вычислительная математика. Учебное пособие. Екатеринбург: УрТИСИ, 2010.

2 Рыжиков Ю.И. Вычислительные методы. СПб.: БХВ-Петербург, 2007.

3 Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров.-М.: Высшая школа, 1994

4 Бахвалов Н.С. Численные методы. -М.: Наука, 1973

5 Фаронов В.В. DELPHI. Программирование на языке высокого уровня. Учебник для вузов.—СПб.:Питер, 2005, 640с.

6 Немнюгин С. Turbo Pascal. Программирование на языке высокого уровня. Учебник для вузов. 2-е изд.—СПб.:Питер, 2005, 544с.

7 Немнюгин С. Turbo Pascal. Практикум. Учебное пособие. 2-е изд.—СПб.:Питер, 2004, 272с.

8 Кондратьев В.П. Языки программирования. Система Maple.ч. I. Основы работы в системе. Ч. III/. Язык программирования системы. Учебное пособие. Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2006.

Дополнительная:

9 Д. Мак-Кракен, У. Дорн. Численные методы и программирование на Фортране. – М.: Мир, 1977.

10 Хемминг Р.В. Численные методы. – М.: Наука, 1972.

11 Дьяконов В.,П. Maple 7: учебный курс. – СПб.: Питер, 2002.

12 Сдвижков О.А. Математика на компьютере: Maple 8. – М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

13 Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Компьютер в математическом исследовании. Учебный курс. СПб: Питер, 2001

Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Компьютер в математическом исследовании. Учебный курс. 2001

Кондратьев В.П.

ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

обучающихся по направлению подготовки бакалавра

« 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

в соответствии с требованиями ФГОС ВПО 3 поколения