Графический интерфейс wxMaxima – особенности работы

ФБГОУВПО «Мордовский Государственный педагогический институт им. М.Е.Евсевьева»

Физико-математический факультет

Кафедра информатики и вычислительной техники

Реферат

Графический интерфейс wxMaxima – особенности работы

Выполнила: студентка группы МДМ-214

физико-математического факультета

Зимина Ольга Юльевна

Проверила: Кормилицына Т.В.

Саранск 2016

Введение

Пакет Maxima состоит из интерпретатора макроязыка, написанного на Lisp, и нескольких поколений пакетов расширений, написанных на макроязыке пакета или непосредственно на Lisp. Maxima позволяет решать достаточно широкий круг задач, относящихся к различным разделам математики.

Области математики, поддерживаемые в Maxima:

• Операции с полиномами (манипуляция рациональными и степенными выражениями, вычисление корней и т.п.)

• Вычисления с элементарными функциями, в том числе с логарифмами, экспоненциальными функциями, тригонометрическими функциями

• Вычисления со специальными функциями, в т.ч. Эллиптическими функциями и интегралами

• Вычисление пределов и производных

• Аналитическое вычислени еопределённых и неопределённых интегралов

• Решение интегральных уравнений

• Решение алгебраических уравнений и их систем

• Операции со степенными рядами и рядами Фурье

• Операции с матрицами и списками, большая библиотека функций для решения задач линейной алгебры

• Операции с тензорами

• Теория чисел, теория групп, абстрактная алгебра.

Основными преимуществами программы Maxima являются:

• возможность свободного использования (Maxima относится к классу свободных программ и распространяется на основе лицензии GNU);

• возможность функционирования под управлением различных ОС (в частности Linux и Windows);

• небольшой размер программы (дистрибутив занимает порядка 23 мегабайт, в установленном виде со всеми расширениями потребуется около 80 мегабайт);

• широкий класс решаемых задач;

• возможность работы как в консольной версии программы, так и с использованием одного из графических интерфейсов (xMaxima, wxMaxima или как плагин (plug-in) к редактору TexMacs);

• расширение wxMaxima (входящее в комплект поставки) предоставляет пользователю удобный и понятный интерфейс, избавляет от необходимости изучать особенности ввода команд для решения типовых задач;

• интерфейс программы на русском языке;

• наличие справки и инструкций по работе с программой (русскоязычной версии справки нет, но в сети Интернет присутствует большое количество статей с примерами использования Maxima);

1.Графический интерфейс wxMaxima

Графический интерфейс wxMaxima является наиболее дружественным для начинающих пользователей системы.

Достоинствами wxMaxima являются:

• возможность графического вывода формул;

• упрощенный ввод наиболее часто используемых функций (через диалоговые окна);

• возможность включения графических иллюстраций непосредственно в текст рабочей книги (при использовании формата wxMaxima)

1.1 Рабочеe окно wxMaxima

Рассмотрим рабочее окно программы (см. рис. 1.1 и рис. 1.2). Сверху вниз располагаются: текстовое меню программы — доступ к основным функциям и настройкам программы. В текстовом меню wxMaxima находятся функции для решения большого количества типовых математических задач, разделённые по группам: уравнения, алгебра, анализ, упростить, графики, численные вычисления. Ввод команд через диалоговые окна упрощает работу с программой для новичков.

Рис. 1.1. Интерфейс wxMaxima, выбор команды интегрирования.

Рис. 1.2. Интерфейс wxMaxima, вычисление интеграла.

Например, пункт меню Анализ/Интегрировать позволяет вычислить определённый или неопределённый интеграл. После ввода необходимых параметров, в рабочем окне мы увидим команду и результат вычисления:

(%i1) integrate(3*x+5/x,x);

Пример использования команд меню для вычисления предела

представлен на рис. 1.3 и рис. 1.4. Следует отметить, что оболочка wxMaxima при вызове команды и соответствующего диалогового окна генерирует текстовую команду, интерпретируемую вычислительным ядром Maxima. Передаваемая ядру Maxima строка выводится в командное окно аналогично команде, введённой вручную. После генерации и первого выполнения команды (или набора команд) можно дополнять и редактировать автогенерированную команду, рассматривая её в качестве шаблона.

Рис. 1.3. Интерфейс wxMaxima, выбор команды find limit.

Рис. 1.4. Интерфейс wxMaxima, окно ввода — вычисление предела.

Ниже располагается графическое меню основных команд с пиктограммами, соответствующими наиболее часто используемым функциям для работы с файлами: открыть / сохранить / печать данных, а также функциям правки — копировать / удалить / вставить текст и другие.

Центральную часть рабочего окна wxMaxima занимает командное окно (псевдотерминал), в которое вводятся команды системы и выводятся результаты.

В последних версиях интерфейсного пакета wxMaxima поддерживается концепция ячеек (cells) в рабочей книге. Ячейка включает либо набор команд Maxima, либо результаты их выполнения (в т. ч. графики). Кроме того, по аналогии с Maple и Mathematica wxMaxima поддерживает текстовые ячейки (text cells) для пояснений и комментариев, а также ячейки для заголовков и номеров секций (title cells, section cells, subsection cells).

Пример книги Maxima с ячейками указанных типов представлен на рис. 1.5. Допускается вставка изображений в рабочую книгу (также в специальные ячейки).

Рис. 1.5. Пример вставки ячеек различных типов в книгу wxMaxima.

При сохранении книги (в формате wxm) в файл выводятся только входные ячейки (input). Поэтому при работе с сохранённым документом не обязательно интерпретировать все ячейки, хотя это возможно — команда Evaluate all cells из меню Cells ). Рабочую книгу Maxima можно экспортировать в форматы html или pdflatex.

Интерпретация текущей ячейки, в которой может быть несколько команд, осуществляется после нажатия комбинации клавиш Ctrl+Enter, либо командой меню Cells. Если необходимо предотвратить вывод отклика команды, следует явно завершить её символом $. Современные версии wxMaxima автоматически завершают ввод, если это необходимо, символом ";".

При использовании интерфейса wxMaxima можно выделить в командном окне необходимую формулу и вызвав контекстное меню правой кнопкой мыши: скопировать любую формулу в текстовом виде, в формате  или в виде графического изображения, для последующей вставки в какой-либо документ.

Пример контекстных меню при работе с wxMaxima смотрите на рис. 1.6, рис. 1.7 и рис. 1.8.

Рис. 1.6. Интерфейс wxMaxima. Контекстное меню строки ввода.

Рис. 1.7. Интерфейс wxMaxima. Контекстное меню ячейки.

Также, в контекстном меню, при выборе результата вычисления, предлагаются ряд операций с выбранным выражением (например, упрощение, раскрытие скобок, интегрирование, дифференцирование и др.).

По умолчанию wxMaxima предполагает, что команда, вводимая при помощи кнопки, применяется к последнему выводу (т. е. аргумент команды — ). Все кнопки или пункты меню в верхней или нижней части рабочего окна соответствуют той или иной команде Maxima.

Кроме того, wxMaxima предоставляет удобный интерфейс к документации по системе Maxima. Меню правка  настройки обеспечивает достаточно широкие возможности настройки графического интерфейса wxMaxima. Предусмотрены три группы параметров:

• опции, определяющие отдельные особенности выполнения команд;

• опции вызова вычислительного ядра Maxima;

• опции, определяющие стиль графического интерфейса (язык, шрифты, цветовую гамму и т. п.).

Рис. 1.8. Интерфейс wxMaxima. Контекстное меню строки вывода.

Управление процессом вычислений осуществляется командами пункта главного меню Maxima. Пользователю предоставляются следующие возможности:

• прервать вычисления, перезапустить Maxima, очистить память;

• просмотреть содержимое памяти (переменные, функции, определения и т. п.);

• изменить формат просмотра результатов.

Интерфейс wxMaxima фактически является специфичным видом веб-браузера, т.к. данный интерфейс предусматривает обмен данными с вычислительным ядром Maxima через сокет. Интерфейс отличается простотой (точнее, минимализмом). В последних версиях wxMaxima при старте открываются одновременно окно браузера системы помощи и консоль команд.

Предполагается, что пользователь владеет командами Maxima и макроязыком программирования. Общий вид командного окна wxMaxima представлен на рис.1.9. Пункты меню File, Edit, Options позволяют управлять сессией Maxima, сохранять и запускать batch- файлы. В рабочую книгу wxMaxima можно встраивать графики в формате openmath (в зависимости от установки опции plot window). Пример рабочего окна wxMaxima с простыми графиками представлен на рис. 1.10. График в рабочей книге можно вращать, редактировать, охранять в файл. Как и wxMaxima, интерфейс wxMaxima предоставляет доступ к html-файла помощи по пакету Maxima.

Рис. 1.9. Общий вид рабочего окна xMaxima

Заключение

Новейшая реализация свободно распространяемой системы компьютерной алгебры wxMaxima способна почти на равных соперничать с возможностями лидеров рынка — системами Maple и Mathematica. В математическом смысле Maxima часто работает более строго, но проигрывает в скорости решения трудоемких задач численного математического моделирования. Система имеет современный графический интерфейс пользователя и превосходные функциональные и особенно графические возможности. Систему wxMaxima можно рекомендовать школам и университетам, а также научным работникам, проектировщикам и инженерам для выполнения массовых и повседневных научно-технических расчетов. Эту систему можно применять также для решения фундаментальных задач математического моделирования в различных областях науки и техники. Maxima включена как подсистема в состав мощной системы компьютерной математики Sage.

Литература

1. Т. Н. Губина, Е. В. Андропова, Решение дифференциальных уравнений в системе компьютерной математики Maxima, 2009.

2. Е.А. Чичкарёв, Компьютерная математика с Maxima Руководство для школьников и студентов, 2009.

3. Додиер Р. Коротко о Maxima (пер. на русский Бешенов А), 2007. (ЭВ)

4. Тарнавский Т. Maxima — алгебра и начала анализа // LinuxFormat, № 11, 2006 (ЭВ)

5. Олейник О.А. Роль теории дифференциальных уравнений в современной математике и ее приложениях // Соросовский образовательный журнал, 1996, №4, с. 114-121 .

6. Сливина Н.А. Профессиональные математические пакеты в образовании // Педагогические и информационные технологии в образовании. – № 2.

– http://scholar.urc.ac.ru:8002/Teachers/ methodics/journal/numero2/ slivina.ht