расширять функции компьютерной системы

Рис.P4Как видите, все довольно просто. Правда, и задачи тоже простыеPЂЂЂ они выбраны такими для иллюстрации. Но главная сила САВ в том, что они способны решать чрезвычайно громоздкие задачи. Например, Axiom может взять любой интеграл, если только он «берется» в элементарных функциях. Более того: в отличие от численных расчетов, являющихся по своей природе приближенными и потому не имеющих «доказательной силы» с точки зрения чистой математики, аналитические результаты, полученные с помощью САВ, вполне можно использовать для строгих математических доказательств. Но даже если вы не профессионал в математике и подобные возможности вам ни к чему, все равно использование САВ в виде интеллектуального калькулятора может быть весьма полезным.Математика и свободаИз далеко не полного перечисления общих возможностей САВ ясно, что подобные программы весьма сложны и требуют для своего создания больших усилий. Трудозатраты на такую систему оцениваются в несколько десятков человеко-лет и требуют от программиста солидной математической подготовки. Откуда тогда могли появиться свободные системы аналитических вычислений Maxima и Axiom? На самом деле оба пакета имеют весьма длительную историю.Особенно любопытна «биография» Maxima. Все началось в 1967 году в Массачусетском технологическом институте. В рамках проекта создания искусственного интеллекта была инициирована разработка первой системы компьютерной алгебры Macsyma. Далее программа в течение многих лет использовалась и развивалась в университетах Северной Америки, где появилось множество вариантов системы. Maxima является одним из таких вариантов, созданным профессором Вильямом Шелтером (William Schelter) в 1982 году. В 1998 году он получил официальное разрешение Министерства энергетики США на выпуск Maxima под лицензией GPL. А начиная с 2001 года Maxima развивается как свободный международный проект, базирующийся на .История Axiom почти столь же долгая. Система аналитических вычислений Scratchpad развивалась с 1971 года как научный проект исследовательского центра имени Томаса Ватсона фирмы IBM. В начале 1990-х годов Scratchpad был продан фирме NAG (Numerical Algorithms Group) и переименован в Axiom. А в 2002 году NAG выпустила Axiom под свободной лицензией типа лицензии (здесь можно попробовать Axiom в действии через веб-интерфейс).Многообразие и свободаMaxima и AxiomPЂЂЂ полнофункциональные системы аналитических вычислений и по возможностям сравнимы с Mathematica и Maple. Тем не менее каждая из них имеет свои особенности. И в этом тоже есть элемент свободыPЂЂЂ пользователи самого разного уровня подготовки и потребностей смогут найти себе подходящее орудие для работы.Будучи самой первой системой аналитических вычислений, Maxima развивалась прагматически. В результате получилась программа, довольно простая в освоении и использовании людьми даже без специальной подготовки. Ну а продвинутые пользователи, несомненно, оценят тесную интеграцию Maxima с языком Lisp, на котором система реализована.Maxima отлично документированаPЂЂЂ объемное справочное руководство описывает практически все встроенные функции системы. Это руководство интегрировано в программу в виде онлайнового справочника, оснащенного средствами поиска. Не прерывая работы с Maxima, можно легко найти необходимый справочный материал. Руководство уже переведено на несколько языков, и в настоящее время переводится на русский.МатематикаPЂЂЂ наука точная. Все свойства и взаимосвязи математических объектов четко определены или доказываются при помощи строгих логических рассуждений. Axiom является единственной САВ, которая последовательно реализует данный подход на уровне компьютерной программы. Для этого язык Axiom сделан строго типизированным. Концепция строгой типиза

Рис.P3Посмотрим, как работает САВ не практике. На рис.P и показано, как Maxima справляется с тремя задачками из курса школьной алгебры: упрощение тригонометрического выражения, решение системы линейных уравнений и построение графика функции y=x/[(xЂЂЂ1)(x2ЂЂЂ2)]. Трехмерные графики выглядят еще интереснее. Axiom обладает своей собственной графической подсистемой, способной создавать двух- и трехмерные графики очень высокого качества. На изображена поверхность, известная как тригонометрический винт и построенная с помощью Axiom. А Maxima для построения графиков использует внешнюю программу gnuplot. Результат работы такой «связки» можно видеть на . Давайте устроим маленькую математическую викторинуPЂЂЂ что за функция изображена на этом рисунке? Ответ найдете в конце статьи.

Рис.P2Помимо основных математических возможностей, каждая система аналитических вычислений имеет встроенный язык программирования. С помощью этого языка возможности системы можно расширять, и каждая САВ имеет большую библиотеку пакетов для решения специальных математических задач.

Рис.P1Впрочем, не всякая задача имеет точное решение, и поэтому численные вычисления тоже не забыты, причем с рядом очень приятных особенностей. Так, величина целых чисел неограничена, а вычисления с плавающей точкой могут выполняться с любой заранее заданной точностью. Хотите увидеть факториал 1000PЂЂЂ пожалуйста! А ведь это число с 2568 цифрами. Хотите число p с сотней знаков после запятойPЂЂЂ никаких проблем! Главное, чтобы хватило вычислительных ресурсов компьютера. Ну и наконец, построение красивых графиковPЂЂЂ неотъемлемая часть любой системы аналитических вычислений. МатематикаPЂЂЂ наука абстрактная, а человеческое мышление образно. Хорошо известноPЂЂЂ подавляющая часть информации поступает к человеку через зрение, поэтому без визуализации математических данных не обойтись.

Вадим Житников. Компьютеры, математика и свобода // Maxima CAS Pg Вадим Житников. Компьютеры, математика и свободаМатериал был опубликован в « » ЂЂЂ16 (636) в апреле 2006 г.В давние, давние времена компьютеры занимались только своими прямыми обязанностями: они считали. Складывали и вычитали, решали системы уравнений, интегрировали и дифференцировали. Рассчитывали траектории баллистических ракет и аэродинамические характеристики самолетов, предсказывали погоду и моделировали атомные реакторы. С тех пор отношение к технике, которая когда-то называлась вычислительной, сильно изменилосьPЂЂЂ и сейчас во многих домашних и офисных компьютерах самой сложной «математической» программой является стандартный «Калькулятор». Неужели математика сдала свои позиции в эпоху персональных компьютеров?Компьютеры и математикаРазумеется, это не так. Просто компьютеры в полной мере демонстрируют свое главное свойство: быть универсальным устройствомPЂЂЂ каждый получает от них то, что ему нужно. Так что если вы являетесь студентом, инженером или научным сотрудником и вам требуется решать на ПК именно математические задачи, то современные компьютеры открывают перед вами самые широкие возможности.Существует множество программ, предназначенных для узкоспециализированных математических расчетов. Больше всего известны и широко распространены универсальные пакеты-комбайны, пригодные для занятий самой разной математической деятельностью. По функциональности они делятся в целом на две категории: пакеты, предназначенные в основном для численных расчетов (например, MatLab) и системы компьютерной алгебры (Computer Algebra System), к которым относятся Mathematica, Maple и (отчасти) MathCADPЂЂЂ они также называются системами символьных или аналитических вычислений (Symbolic Manipulation Program). Это наиболее универсальные математические программы, способные решать самые разные задачи, причем как численно, так и точноPЂЂЂ аналитически.Возможностей у подобного софтаPЂЂЂ множество, и есть только одна проблема: все эти программы довольно дороги. А как же свободное программное обеспечение, спросите вы? Оказывается, и здесь дело обстоит неплохо. Существуют альтернативы как для MatLab (системы Octave и Scilab), так и свободные системы аналитических вычисленийPЂЂЂ Maxima и Axiom. О последних и поведем речь.Системы аналитических вычисленийНо сначала чуть подробнее о том, что же умеют делать универсальные системы компьютерной алгебры, к которым относятся Maxima и Axiom. Если кратко, то подобные программы обладают «знаниями» алгебры и математического анализа в объеме первых курсов любого технического университета. Системы аналитических вычислений (САВ) умеют преобразовывать выражения: упрощать, приводить подобные, раскрывать скобки или, наоборот, группировать подобные члены. Они умеют вычислять производные, пределы и интегралы, решать системы алгебраических и дифференциальных уравнений, производить вычисления с матрицами. Могут упрощать и преобразовывать тригонометрические выражения. Все это делается точно, аналитически.