Панель инструментов MathConnex

Панель инструментов MathConnex содержит ряд кнопок, аналогичных по своему виду и назначению тем, что используются в системе MathCAD. Однако есть две новые группы кнопок, отмеченные ниже. Кнопки управления имитацией.

Run— пуск имитации;

Pause— пауза в имитации;

Step— пошаговое выполнение имитации;

Stop— остановка имитации.

Кнопки управления уровнем исполнения и размерами документа:

Back — переход к предыдущему по уровню блоку;

Zoom in — увеличение размеров документа;

Zoom out— уменьшение размеров документа.

Палитра компонентов

Палитра компонентов содержит кнопки с приведенными ниже обозначениями. Они разбиты на пять групп. Компоненты ввода и вывода данных:

Input— блок ввода;

File Read or Write— считывание или запись файла;

Ramp— блок генерации последовательностей;

Global Variable— блок задания глобальной переменной. Компоненты просмотра (инспекции) результатов:

Inspector— блок Инспектора — просмотра вычислений;

Graph— блок вывода графики;

Axum— блок графической системы Axum. Подключаемые компоненты:

MathCAD— блок математической системы MathCAD;

Excell— блок системы Excel (электронные таблицы);

MatLAB— блок математической системы MatLAB;

Connex Script— блок с описанием на языке Connex Script.

Компоненты контроля потоков данных:

Conditional — блок ввода условий;

Initialize — блок инициализации;

Wire Breaker — блок выключателя;

Stop or Pause — блок остановки и паузы. Компонента вставки текстового комментария:

Text — блок вставки текстового комментария.

MathConnex – это виртуальная аналоговая вычислительная машина (АВМ), точнее, гибридная ЭВМ, на которой можно проводить работы по математике, физике, химии, теории автоматического регулирования и т.д. При этом пригодятся наработки, созданные и в среде MathCad, и в среде Microsoft Excel.

В настоящее время интеграционные процессы в среде программных продуктов различных фирм-производителей носят массовый характер, и тесное взаимодействие MathCad и Microsoft Excel лишь часть процесса создания единого мощнейшего программного продукта, который должен соединить в себе все наиболее необходимые пользователю функции и организовать их на должном уровне. MathCad и Excel, Promt и Word, Word и Fine Reader и многие другие разработки в области программного обеспечения имеют многоуровневую взаимосвязь. Без понимания принципов интегрирования различных программных продуктов современный пользователь лишается широких возможностей ускорения и упрощения работы на компьютере.

Достоинства и недостатки

Mathcad

Достоинства

· Максимальная наглядность интерфейса (способствующая очень быстрому пониманию готовых документов MathCAD); в т.ч. запись формул в их естественном виде, неприменение имен функций для большинства математических операторов, в том числе при символьных вычислениях.

· Расположение кода численных методов рядом с их результатами, форматированными комментариями, аналитическими выкладками и т.п. (это способствует лучшему усвоению материала)

· Имеется большой задел по написанию учебных документов на MathCAD.

Недостатки

· Трудоемкость написания сложных программ в MathCAD «с нуля» (людям, умеющим программировать, проще делать сложные задачи в любом другом пакете, хотя для простых задач MathCAD «экономичнее»).

· Затруднительность отладки программ в MathCAD.

· Относительно небольшой (по сравнению с другими пакетами) набор встроенных функций и возможностей научной визуализации. Невозможность использования лаб на основе MathCAD

Excel

Достоинства

Реализация алгоритмов в табличном процессоре не требует специальных знаний в области программирования. Большинство расчетов средней сложности может быть представлено в виде некоторого набора достаточно простых математических формул в ячейках, выполняемых шаг за шагом.
Программа в табличном процессоре оперирует понятиями пространства и отношений, так как создается путём задания взаимосвязи ячеек, расположенных в пространстве листа. Такой подход использует интуитивные представления человека о пространстве и связи явлений. Обычное программирование требует написания последовательности строк текста, которые требуют внимательного прочтения для понимания работы программы.
В отличие от обычного программирования, требующего строгой последовательности команд для работы программы, табличные процессоры “прощают” ошибки и незаконченность структуры. Какие-то части программы в электронной таблице могут работать, в то время, как другие части могут быть ещё не закончены, что значительно упрощает разработку и отладку программ, что особенно важно на стадии создания алгоритма.
Вычисление результата в табличном процессоре может быть разбито на необходимое число шагов, каждый из которых может быть определён через формулу в своей ячейке. Ячейки же, в свою очередь, всегда открыты и доступны для пользователя, что позволяет контролировать результаты промежуточных действий и, при необходимости, изменять содержимое ячеек, гибко меняя алгоритм.
Ячейки таблицы могут содержать не только формулы, но и простой текст, что позволят описывать и комментировать логику работы программы, располагая на листе текстовые комментарии.
Весь процесс вычисления осуществляется в виде таблиц, поэтому все результаты и промежуточные данные так или иначе представлены в виде таблицы, которая сама по себе представляет ценность, если в результате расчета необходимо сформировать таблицу. Таким образом данные не требуют дополнительной обработки при “публикации” результатов.
Современные табличные процессоры позволяют использовать средства оформления, такие как, например, цвет и шрифты, которые облегчают понимание программы и несут дополнительную смысловую нагрузку. Существует возможность внедрения в электронные таблицы различного вспомогательного содержимого: изображений, графиков функций и др.

Описать одним основным принципом:

Всё, чем оперирует пользователь, содержится в едином пространстве таблицы: промежуточные и выходные данные, реализации алгоритмов для работы с этими данными, комментарии и документацию, средства графического оформления данных.

Недостатки

Формулы, выраженные в терминах адресов ячеек, при их большом количестве представляют большую проблему, так как адреса ячеек сами по себе не несут никакой смысловой нагрузки. Этот факт значительно затрудняет понимание формул вне контекста, а также затрудняет проверку корректности программы.
Реализация сложной структуры в рамках электронной таблицы требует огромного внимания к деталям, так как автор программы с некоторого момента становится не в состоянии запомнить смысл множества адресов, встречающихся в сотнях формул. Для борьбы с этим недостатком пользователю предлагается использовать именованные ячейки и именованные ссылки на ячейки в формулах. А также различные средства для отслеживания связей между ячейками.
Программы в табличных процессорах сильно зависимы от своей размерности и жестко привязаны к сетке. При добавлении и удалении строк или столбцов, часто приходится вносить множество изменений в различных частях таблицы, раздвигая ячейки, чтобы освободить место для новых ячеек, или изменяя ссылки на диапазоны данных. В больших таблицах такие операции могут отнимать значительное количество времени разработчика. Добавление и удаление размерностей настолько сложно и неудобно, что при разработке табличной программы автор фактически вынужден выбирать требуемые размерности заранее и планировать далеко вперёд, что противоречит идее использования табличного процессора как средства быстрой разработки и моделирования.
Темпы разработки табличных программ значительно снижаются за счёт того, что разработчику приходится работать на уровне ячеек. Это означает, что даже простейшие изменения в программе требуют редактирования множества ячеек, содержащих копии одних и тех же формул. Все эти изменения производятся вручную, что значительно повышает риск появления ошибок.
Пользователь, имеющий доступ к таблице, может случайно или намеренно внести в неё изменения, которые могут нарушить работу программы.
Недостаток контроля за исправлениями повышает риск ошибок, возникающих из-за невозможности отследить, протестировать и изолировать изменения. Сложно выяснить какие изменения, кем и когда были внесены в программу.
Совместная разработка приложений затрудняется тем фактом, что табличные программы сильно привязаны к адресам ячеек, а следовательно и к положению ячеек на странице. Внесение изменений в размеры таблицы одним из разработчиков независимо от других влекут большие трудности при попытке объединить результаты работы коллектива.
Ячейки могут одновременно хранить только одно значение. Несмотря на то, что формулы в ячейках могут обращаться ко множеству других ячеек, они могут иметь только одно выходное значение, записываемое в ячейку. Это означает, что при повторении однообразных вычислений на множестве ячеек, одна и та же формула (с точностью до адреса ячейки входных данных) должна быть размножена отдельно для каждой из входных ячеек. Изменения формулы для работы с данными требуют изменения всех ячеек для всех исходных данных, что в совокупности с вышеописанными недостатками неизбежно приводит к появлению ошибок.
В формулах ссылка на другую ячейку встречается столько раз, сколько раз значение этой ячейки необходимо для вычисления формулы. При необходимости изменить ссылку приходится изменять все вхождения адреса ячейки в формулу. При этом также возможно появление ошибок.

Основная характерная черта:

Пользователь вынужден составлять программу, оперируя низкоуровневыми объектами — ячейками, привязанными к сетке. Табличным процессорам недостает средств абстракции более высокого уровня, чем ячейки и формулы.

Mathematica

Достоинства

· Mathematica делает проще разработку и развертывание пользовательских интерфейсов.

· Выполнение арифметических действий в символьном виде, то есть так, как это делает человек.

· «Живая» архитектура вычислений (при изменении значения переменной математическое выражение, в котором она используется, автоматически пересчитывается).

· Совершать алгебраические и логические операции.

· Не надо придерживаться одного стиля программирования.

Недостатки

· Впечатление примитивности интерфейса сразу же исчезает, когда выясняется, что можно подключать настраиваемые кнопочные палитры, которых в программе имеется больше десятка.

· Имеется свой специализированный язык записи операторов и программирования.

MatLab

Достоинства

· Большинство экспертов признают, что среди 4 самых распространенных пакетов для вычислительных задач лучше всего подходит MATLAB.

· MATLAB – самый распространенный пакет в практических приложениях, в т.ч. среди ученых, занимающихся мат. моделированием.

· MATLABу нет равных с точки зрения расширяемости и организации его файлов: в частности, достаточно сложная программа может выглядеть очень компактно и понятно, если правильно спроектировать вызываемые в ней функции.

· MATLAB имеет богатые возможности настройки разнообразных графиков.

· На MATLABе можно достаточно легко генерировать свой графический интерфейс, что делает его похожим на обычную (привычную пользователям) программу

· Версии MATLAB существуют под несколько платформ, поэтому практикум на основе этого пакета может быть использован под Linux.

Недостатки

· Поиск показал отсутствие серьезных русскоязычных методических разработок по применению MATLAB именно к вычислительной математике. Это, видимо, связано с тем, что MATLAB сложнее (чем MathCAD) для «рядового преподавателя», поэтому некому делать такие разработки.

· Первое знакомство с MATLABом происходит очень долго – вследствие его Unix-подобной ориентации на интерфейс командной строки.

MathConnex

Достоинства

· Интеграция с другими математическими и графическими системами.

· Средство особенно полезно, если необходимо блочное представление и описание сложной системы, работу которой необходимо имитировать.

· Система ориентирована на построение 2D- и ЗD-графиков, способных удовлетворить самые изысканные требования в области графической визуализации.

Недостатки

· Эффективное использование этой системы требует знакомства с целым рядом новых программных средств, что порой не под силу начинающим пользователям и даже пользователям средней квалификации;

· Медлительность работы системы ощущается даже на ПК класса Pentium 166/200 ММХ;

· MathConnex имеет свой собственный язык программирования, требующий усилий по его освоению;

· Имеются трудности при задании текстовых комментариев на русском языке;

· Подготовка проектов (документов) для MathConnex требует больших

затрат времени.

Вывод

Благодаря программам, упрощаются расчеты, сокращается время затрат на обработку данных, а следовательно увеличивается эффективность и результативность производства.

Таблица 1

Специализи- рованный пакеты данных	Графическая система	Функцио- нальность	Интерфейс	Язык программ.	Доп. фун-ции
MathCAD	2D, 3D, анимации	Около 300	Простой	Математич. язык расчетов	Функции для решения диф.уровнений; Матричные фун-ции и сортировки
Excel	2D, 3D	Более 300	Простой	Visual Basic for Application или любой другой яз.програм.	Пакет данных для работы с ЗП, НДФЛ, НДС, календарными днями и текстовыми строками
MathLAB	2D, 3D	Более 300	Средний ур-нь сложности	Язык основан на базе: Basic, C++, Java, Object Pascal	Строковые выражения
Mathematica	2D, 3D	Более 700	Сложность в запуске фун-ций	Собственный и простой логический язык	Scientific Astonomer, Optica, MathTensor, MathLink for Excel и то же для MS Word
MathConnex	2D, 3D	Множество фун-ций	Сложность в освоение	Собственный язык программирован.	Способность объединение всех программ