Программирование в Scilab

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М.Е.ЕВСЕВЬЕВА»

Физико – математический факультет

Кафедра математики и методики обучения математике

Реферат

На тему: «Виртуальные имитационные лаборатории»

Автор реферата: В.В. Рыбаков, студент 3 курса группы МДИ-117

очной формы обучения _____________ ___________

^{дата подпись}

44.03.05 Педагогическое образование. Профиль Информатика. Математика

Проверила: Т.В. Кормилицына, канд. физ. – мат. наук, доцент

_____________ _____________

^{дата подпись}

Саранск 2020

Введение

Scilab - Scilab - одна из мощнейших и наиболее функциональных программ, аналог MATLAB. Представляет собой интерпретируемый язык программирования и множество математических пакетов, которые позволяют быстро получить правильное решение непростых уравнений и задач. Данная утилита, помимо математических вычислений, применяется в качестве среды для программирования с поддержкой соответствующих языков, среди которых C или C++. В первую очередь, это приложение разрабатывалось исключительно для решения задач по линейной алгебре, однако со временем его возможности существенно расширились.

Scilab – это кроссплатформенная система компьютерной алгебры (СКА), обладающая сходным с Matlab синтаксисом встроенного языка. Разработка системы Scilab ведется сотрудниками французского Национального института информатики и автоматизации (INRIA – Institut National de Recherche en Informatique et Automatique) с 80-х годов прошлого века.

Изначально это был коммерческий проект под названием Blaise, а затем Basile. С 2003 года продукт получил новое имя Scilab и стал бесплатным. В настоящее время он распространяется по свободной лицензии CeCILL.

Сама система Scilab, как и Matlab, предназначена прежде всего для численных расчетов и работы с матрицами. Кроме того, она обладает развитыми средствами программирования (включая отладчик скриптов), так что ее в какой-то мере можно рассматривать как систему разработки высокотехнологичных приложений.

Для системы имеется достаточно большое число пакетов расширений, которые можно найти на официальном сайте в разделе Toolbox center. Однако чем больше будет хороших пакетов, тем более полезной станет система. Поэтому мы предлагаем вам ознакомиться с программированием в Scilab и способами создания для данной СКА пакетов расширений.

Для удобства написания скриптов (функций) в Scilab имеется встроенный редактор – Scipad. Он позволяет редактировать тексты функций, выполнять их в режиме отладки, содержит функцию автодополнения кода, а также средства непосредственной передачи текста программы в среду Scilab на выполнение.

1. История

С 1994 года распространяется вместе с исходным кодом через Интернет. В 2003 году для поддержки Scilab был создан консорциум Scilab Consortium. Сейчас в него входят 25 участников, в том числе Mandriva, INRIA и ENPC (Франция). Программа доступна для различных операционных систем, включая Linux, Microsoft Windows и Mac OS X. Возможности Scilab могут быть расширены внешними программами и модулями, написанными на разных языках программирования. Программа имеет открытый исходный код, что позволяет как свободное коммерческое использование и распространение неизменённых версий, так и некоммерческое распространение измененных версий, которые должны включать в себя исходный код. Для коммерческого распространения измёненных версий необходимо согласование с INRIA.

Отличия от некоторых коммерческих программ:

• Бесплатность.

• Свободность (с версии 5.0).

• Маленький размер — дистрибутив 4 версии занимал менее 20 МБ против более чем двухгигабайтного пакета MATLAB. Инсталлятор 5 версии (5.4.1) увеличился в объёме до 117 МБ.

• Возможность запуска в консоли без использования графического интерфейса, в том числе в версии под Windows (в UNIX и Windows версиях MatLab-а эта возможность присутствует тоже). Это позволяет производить автоматизированные вычисления, есть пакетный режим.

1. Функционал Scilab.

Разработка использует в работе те же самые алгоритмы, что и аналоги, но несмотря на это, Scilab включает в свой функционал некоторые особенные возможности. Данная программа позволяет осуществлять построение 2D и 3D графиков, создавать анимацию, решать задачи линейной алгебры, обрабатывать сигналы, решать ОДУ и ДУ. Также, программа поддерживает полиномиальные и рациональные функции, разреженные матрицы, параллельную работу, дифференциальные и недифференциальные оптимизации, интерполяцию и это еще далеко не все функции!

Данная утилита предоставляет все необходимые инструменты для работы с платформой для визуального программирования - Lab VIEW. Показав свой вычислительный потенциал, этот программный язык превзошел все ожидания пользователей и на данный момент является одним из лучших в своем роде. Чтобы получить решение какой-либо задачи необходимо написать условие или задать уравнение, а система в автоматическом порядке подберет самое подходящее решение на основе введенных вами данных. Однако, пользователю предоставляется возможность создания своего модуля для решения определенной задачи, что возможно благодаря наличию графического модуля Xcos. При необходимости, к SciLab может быть подключен код, написанный на другом языке, например, Fortran и Java.

Безусловно, данная утилита будет сложна в освоении для того, кто впервые с ней столкнулся, поскольку рассчитана на опытного пользователя. Разработчики подумали об этом и предусмотрели интегрированную справку, изучив которую вы получите ответы на большинство вопросов. Кроме того, в Интернете есть масса методичек и учебников по этому программному языку, в которых также можно найти решение своей проблемы. В данной разработке матрицы являются главным типом данных, которые характеризуются по количеству строк, столбцов и видам указанных определений. Также, создатели Scilab уделили особое внимание скорости выполнения вычислительных операций, для этого было создано внутреннее представление матриц, которыми может управлять пользователь на стадии обработки.

Присутствует возможность отображения нескольких графиков в одном графическом окне. Для оптимизации функций предусмотрена возможность построения контурных графиков. Данная опция позволяет расположить рельеф функций двух переменных таким образом, что местонахождение опти­мума становится очевидным. Встроенный редактор скриптов позволяет задавать новые функции программе, однако воспользоваться данной возможностью сможет не каждый, поскольку для этого необходимо знать все нюансы и принцип работы утилиты, а это под силу только опытным пользователям. SciLab может быть запущен прямо из командной строки операционной системы, что довольно удобно.

File – здесь находятся стандартные команды для работы с файлами: открыть (Open), закрыть (Close file), сохранить (Save) и т. д., а также команды импорта файлов функций из формата Matlab и формирования справочных материалов.

Edit – содержит стандартные для пункта меню Правка операции: копировать (Copy), вставить (Paste), вырезать (Cut), выделить все (Select All) и т. д.

Search – здесь находятся функции поиска по тексту.

Execute – содержит пункты, позволяющие передать содержимое редактора в среду Scilab на выполнение или выполнить только выделенную часть.

Debug – содержит команды для организации и выполнения отладки, такие как включение точек останова (breakpoint), добавление переменных в список наблюдения (watch), настройка запуска функции и т. д. К сожалению, в Scilab 5.1 данный режим недоступен вследствие наличия неустраненной ошибки.

Scheme – команды управления подсветкой синтаксиса.

Option – здесь находится довольно много пунктов, которые позволяют настроить внешний вид и поведение редактора от типа шрифта до горячих клавиш. Например, можно выбрать комбинацию клавиш, которая будет использоваться для вызова функции автодополнения кода.

Window – команды управления рабочим окном. Позволяют разбить окно на части по вертикали и горизонтали, а также упорядочить размещение частей окна.

1. Стандартные конструкции встроенного языка

Встроенный язык Scilab – это язык структурного программирования не имеющий, в отличие от Matlab, средств для работы с объектами. Весь выполняемый код размещается в функциях. В одном файле может быть несколько функций. Однако при разработке пакетов расширений принято хранить каждую функцию в отдельном файле. Переменные не описываются, а создаются путем присвоения им начального значения, например так:

A=1

B=’hello’

C=%t

Переменные в Scilab не имеют строгой типизации, т. е. если в переменной хранился текст, то можно на следующем шаге записать в нее число, а затем логическое значение. Scilab следит за соответствием типов только при вычислении значений выражений.

Вследствие Unix-корней системы, важен регистр букв в имени переменных, например:

--d=3;D='три';

--d*3

ans =

   9.0

--D*3

!--error 144

Операция для заданных операндов не определена.

--D+' – это текст'

ans =

   три – это текст

Переменные, созданные внутри функции, являются локальными и действуют только в пределах этой функции. Переменные, созданные в пространстве до начала функции, являются глобальными и доступны во всех функциях данного файла или текущей рабочей сессии.

def_base=2 //глобальная переменная

function rez=log_b(num, base)

   chk_log=%f //локальная переменная

   rez=log(num)/log(base)

endfunction

Из приведенного примера видно, что в общем случае описание функции выглядит следующим образом:

function [выходные параметры]=имя_функции(входные параметры)

   …

   тело функции

   …

   [выходные параметры]=…

endfunction

Если у функции всего один выходной параметр, то его можно не заключать в квадратные скобки, если же их больше одного, то они заключаются в скобки и перечисляются через запятую.

Заключение

Система Scilab предназначена для численных расчетов и работы с матрицами. Кроме того, она обладает развитыми средствами программирования (включая отладчик скриптов), так что ее можно рассматривать и как систему разработки высокотехнологичных приложений. В Scilab встроен мощный язык программирования с поддержкой объектов. Работа в Scilab может осуществляться в режиме командной строки и в программном режиме. Особенностью пакета является то, что он предназначен исключительно для реализации численных методов и по умолчанию оперирует с любыми значениями как с числами с плавающей точкой. В этой программе очень хорошо реализована линейная алгебра, матричное исчисление, работа со статистическими функциями, а также графика и симуляция различных процессов.

Список использованной литературы

1. Дьяконов, В. П. Справочник по применению системы PC MATLAB. - М.: «Физматлит», 1993. - С. 112.

2. Дьяконов, В. П. Компьютерная математика. Теория и практика. - СПб: «Питер», 1999, 2001. - С. 1296.

3. Дьяконов, В. П. MATLAB 5 - система символьной математики. - М.: «Нолидж», 1999. - С. 640.

4. Дьяконов, В.П., Абраменкова И.В. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. - СПб.: «Питер», 2002. - С. 608.

5. Алексеев, Е. Р. Scilab. Решение инженерных и математических задач. - Москва ALT Linux; БИНОМ. Лаборатория знаний 2008.