Tragbare Programme für die wissenschaftliche Forschung. Anwendungsgebiete von Anwendungssoftware. Abhängigkeit der Ergebnisse von der Anzahl der Prozessorkerne und der Hyper-Threading-Technologie

In den vorherigen Artikeln unserer Serie über verschiedene reale Anwendungen, mit denen Prozessoren, Computer, Laptops und Workstations getestet werden können und die später die Grundlage für das neue Testpaket iXBT Application Benchmark 2018 bilden, haben wir bereits ein durchaus beeindruckendes Paket untersucht verschiedener Anwendungen. Dabei handelte es sich um Videokonverter, Anwendungen zum Bearbeiten und Erstellen von Videoinhalten, digitale Bildbearbeitungsprogramme, Renderer sowie Archivierer und ein Programm zur optischen Zeichenerkennung.

In diesem Artikel werden wir uns mehrere weitere Anwendungen ansehen, deren Tests in die logische Gruppe „Ingenieurtechnische und wissenschaftliche Berechnungen“ eingeordnet werden können: SolidWorks, Matlab, NAMD und LAMMPS.

Wir haben diesen Anwendungssatz bereits in der vorherigen Version unseres Testpakets verwendet. Darüber hinaus hatten wir in der Vorgängerversion noch mehr Anwendungen in dieser logischen Gruppe: Es gab auch einen Test, der auf der FFTW-Anwendung basierte. Angesichts der engen Spezifität der FFTW-Anwendung und der Tatsache, dass die Windows-Umgebung nicht vollständig für sie typisch ist (obwohl sie unter Windows kompiliert werden kann), haben wir uns entschieden, diesen Test aus unserem Set zu entfernen.

Darüber hinaus haben wir auch Zweifel an den NAMD- und LAMMPS-Anträgen. Denken Sie daran, dass es sich hierbei um spezielle Pakete handelt, die zur Lösung molekulardynamischer Probleme verwendet werden. Die Zweifel an der Zweckmäßigkeit der Aufnahme dieser Anwendungen in das Testpaket bestehen weiterhin. Erstens handelt es sich hierbei um eine sehr spezifische Software. Zweitens ist die Windows-Umgebung für solche Anwendungen angeblich nicht die optimalste. Ja, es gibt Versionen, die für Windows kompiliert wurden, aber dennoch wurden diese Anwendungen ursprünglich für Linux entwickelt. Und drittens laufen solche Anwendungen nicht auf Laptops, sondern auf Supercomputern.

Daher weisen wir noch einmal darauf hin, dass wir im Hinblick auf diese Anwendungen Zweifel an der Sinnhaftigkeit ihrer Aufnahme in das Testpaket haben. Wir haben uns entschieden, sie vorerst beizubehalten, aber vielleicht werden sie nicht in der endgültigen Version verfügbar sein. Und da wir die Machbarkeit der Verwendung von NAND- und LAMMPS-Anwendungen angesprochen haben, beginnen wir damit.

LAMPEN

Erfahren Sie mehr über die Funktionen der Verwendung der Windows-Version des LAMMPS-Pakets.

An der Testaufgabe selbst haben wir nichts geändert. Wir möchten Sie daran erinnern, dass bei der Installation des LAMMPS-Pakets ein Ordner namens Benchmarks erstellt wird. Dieser Ordner enthält Dateien mit Aufgaben, die zum Testen verwendet werden können. Im Ordner „Benchmarks“ gibt es insgesamt fünf verschiedene Aufgaben, deren Verwendung für unsere Zwecke jedoch überflüssig ist, sodass wir nur zwei Aufgaben verwenden: Rhodopsin-Protein-Benchmark (rhodo) und Lennard-Jones-Flüssigkeits-Benchmark (lj)). Eine ausführliche Beschreibung dieser Benchmarks (auf Englisch) finden Sie hier.

Wir werden die Befehle zum Ausführen von Tests nicht im Detail beschreiben (dies alles finden Sie im Abschnitt zur vorherigen Version unseres Testpakets) und möchten Sie nur daran erinnern, dass zum Ausführen von Tests eine Bat-Datei verwendet wird, die mit a gestartet wird Parameter, der die Anzahl der Prozessorkerne angibt (unter Berücksichtigung der Technologie Hyper-Threading).

NAMD 2.11

Das Paket wurde nicht aktualisiert, daher ist es hier noch einfacher. Auch am Testproblem haben wir nichts geändert (das macht keinen Sinn). Eine ausführliche Beschreibung dieses Tests finden Sie in der Vorgängerversion unseres Testpakets. Und hier erinnern wir uns nur an die wichtigsten Punkte.

Wie LAMMPS verfügt das NAMD-Programm nicht über eine grafische Oberfläche und verwendet die Befehlszeile, um es auszuführen, und die MPI-Schnittstelle, um es im Multithread-Modus auszuführen.

Auf der Website des Entwicklers finden sich Programme für verschiedene Betriebssysteme. Zum Testen verwenden wir die 64-Bit-Windows-Version von NAMD 2.11 mit MPI-Unterstützung (Win64 MPI).

Um das Programm im Multithread-Modus auszuführen, müssen Sie zusätzlich das MPI-Paket (Message Passing Interface) installieren. In unserem Fall wird die Microsoft-Version von MPI (MS-MPI 7.1) verwendet.

Zum Testen verwenden wir den f1atpase-Test, den wir aus dem SPECwpc 2.0-Paket entlehnt haben und das einen auf der NAMD-Anwendung basierenden Test enthält. Der Test wird über die MPI-Schnittstelle gestartet.

Mathworks Matlab R2017b

Beim anwendungsbasierten Test haben wir nur die Version der Anwendung selbst aktualisiert, die Testaufgabe blieb jedoch dieselbe. Denken Sie daran, dass wir als Test die Lösung des Problems der Schwingungen einer rechteckigen Membran mit festen Kanten verwenden. Wir haben dieses Beispiel einem Matlab-Lehrbuch entlehnt (Matlab-Selbstanleitungshandbuch. Praktischer Ansatz (2. Auflage). Autor: A. N. Vasiliev).

Ohne auf die Formulierung des Problems und komplexe mathematische Berechnungen einzugehen, präsentieren wir lediglich eine analytische Lösung dieses Problems, die in Form einer unendlichen Reihe dargestellt wird:

Diese Formel wird in einem Matlab-Skript verwendet, um ein Profil der Membranoberfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erstellen. Genauer gesagt wird das Profil der Membranoberfläche für eine endliche Anzahl von Punkten in einem bestimmten Zeitintervall berechnet, indem ein dreidimensionales Bild der Membranoberfläche erstellt wird. Dies geschieht, um die Animation der Membranschwingung umzusetzen.

Dassault SolidWorks 2017 mit Flow Simulation 2017

Im Test auf Basis der Dassault SolidWorks-Anwendung änderte sich nur die Version der Anwendung selbst. Anstelle von Dassault SolidWorks 2016 SP0 wird Dassault SolidWorks Premium Edition 2017 SP4.2 verwendet. Auch die Version des installierten Flow Simulation-Moduls wurde aktualisiert: Jetzt heißt es SolidWorks Flow Simulation 2017.

Erinnern wir uns daran, dass unser Test die Berechnungsgeschwindigkeit bei Problemen der Aerohydrodynamik und der Wärmeübertragung bestimmt. Der Test basiert auf einer thermischen Berechnung eines Computergehäuses, das wärmeerzeugende Elemente und einen Lüfter enthält. Dieses Projekt ist als Beispiel im Paket Flow Simulation enthalten. Das Ergebnis des Tests ist die Berechnungszeit des Projekts.

Die neue Version von Dassault SolidWorks Premium Edition 2017 verfügt über einen eigenen integrierten Benchmark, den wir sogar nutzen wollten, aber für unser Testpaket war er nicht sehr geeignet. Dies ist ein guter Benchmark, mit dem Sie die Leistung des Prozessors, des Grafiksubsystems und des I/O-Subsystems ganzheitlich messen können. Der Schwerpunkt liegt jedoch eher auf dem Testen professioneller (auch Nicht-Gaming-)Grafikkarten als auf dem Prozessor. Darüber hinaus lässt sich das Ergebnis, das dieser Test liefert, nur sehr schwer in unser Testpaket integrieren, sodass wir uns entschieden haben, den integrierten Benchmark doch nicht zu verwenden.

Abhängigkeit der Ergebnisse von der Anzahl der Prozessorkerne und der Hyper-Threading-Technologie

Um die Abhängigkeit der Testergebnisse von der Anzahl der Prozessorkerne und der Hyper-Threading-Technologie zu analysieren, haben wir einen Ständer mit folgender Konfiguration verwendet:

• Prozessor: Intel Core i7-8700K;
• Grafikkarte: Prozessor-Grafikkern (Intel UHD Graphics 630);
• Speicher: 16 GB DDR4-2400 (Dual-Channel);
• Hauptplatine: Asus Maximus X Hero (Intel Z370);
• Laufwerk: SSD Seagate ST480FN0021 (480 GB, SATA);
• Betriebssystem: Windows 10 (64-Bit).

Die Anzahl der verfügbaren Prozessorkerne (von eins bis sechs) wurde in den UEFI-BIOS-Einstellungen geregelt. Der Test wurde einmal bei Verwendung der Hyper-Threading-Technologie durchgeführt und das zweite Mal, als diese Technologie im UEFI-BIOS deaktiviert war.

Testergebnisse mit der Hyper-Threading-Technologie sind unten aufgeführt.

Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, reagieren alle Tests sehr empfindlich auf die Anzahl der Prozessorkerne. Somit wird die Testausführungszeit basierend auf der LAMMPS-Anwendung beim Übergang von einem auf sechs Prozessorkerne um das Fünffache reduziert. Für den Test basierend auf der NAMD 2.11-Anwendung beträgt die Zeitreduzierung das 5,6-fache. Bei Tests, die auf Dassault SolidWorks 2017-Anwendungen mit dem Flow Simulation 2017-Paket und Mathworks Matlab R2017b basieren, beträgt die Beschleunigung jedoch das 3,0- bzw. 3,8-fache.

Die Testergebnisse mit deaktivierter Hyper-Threading-Technologie sind unten aufgeführt. Tatsächlich ergeben sich hier sehr ähnliche Abhängigkeiten, bei deaktivierter Hyper-Threading-Technologie ist die Abhängigkeit der Ergebnisse von der Anzahl der Prozessorkerne jedoch noch ausgeprägter. Beim Wechsel von einem auf sechs Prozessorkerne wird die Testausführungszeit nun um das 6,2- bzw. 6,1-fache für Tests reduziert, die auf NAMD 2.11- und LAMMPS-Anwendungen basieren, und für Tests, die auf Dassault SolidWorks 2017-Anwendungen mit Flow Simulation 2017 und Mathworks Matlab R2017b basieren, um die Beschleunigung beträgt das 3,6- bzw. 4,4-fache.

Sie können Testergebnisse mit Hyper-Threading-Technologie auch für jeden Test einzeln mit Ergebnissen ohne Hyper-Threading-Technologie vergleichen.

Für den Test auf Basis der LAMMPS-Anwendung kann durch den Einsatz der Hyper-Threading-Technologie die Rechenzeit bei einem Kern um ca. 30 % und bei sechs Prozessorkernen um 16 % verkürzt werden.

Für den Test auf Basis der NAMD 2.11-Anwendung reduziert der Einsatz der Hyper-Threading-Technologie die Berechnungszeit um 19 % im Fall eines einzelnen Kerns und um etwa 12 % in anderen Fällen.

In Dassault SolidWorks 2017 mit Flow Simulation 2017 reduziert Hyper-Threading die Berechnungszeit auf einem einzelnen Kern um 24 %, erhöht die Berechnungszeit jedoch auf 9 %, wenn die Anzahl der Kerne auf sechs erhöht wird.

Berechnungen in der Anwendung Mathworks Matlab R2017b hängen im Allgemeinen kaum von der Hyper-Threading-Technologie ab. Bei der Version mit einem Prozessorkern beträgt die Verkürzung der Rechenzeit bei Verwendung der Hyper-Threading-Technologie 10 %, und wenn die Anzahl der Kerne mehr als zwei beträgt, ist ein deutlicherer Effekt durch die Verwendung der Hyper-Threading-Technologie nicht zu beobachten.

Abschluss

In diesem Artikel haben wir uns Tests angesehen, die auf den Anwendungen LAMMPS, NAMD 2.11, Dassault SolidWorks 2017 mit Flow Simulation 2017 und Mathworks Matlab R2017b basieren, die die logische Gruppe „Engineering Calculations“ bilden und später in unserem Testpaket iXBT Application Benchmark 2018 verwendet werden . Mehr Wir möchten noch einmal darauf hinweisen, dass Tests, die auf den Anwendungen LAMMPS und NAMD 2.11 basieren, sehr hochspezialisiert sind und wir Zweifel an der Zweckmäßigkeit haben, sie in das Testpaket aufzunehmen. Wir haben beschlossen, sie vorerst zu verlassen, und dann, wie man so schön sagt, werden wir sehen.

Im nächsten, letzten Artikel unserer Serie zur Entwicklung eines neuen Testpakets auf Basis realer Anwendungen werden wir uns mit Tests befassen, die die Leistung des Datenspeichersubsystems bestimmen, und auch über den Algorithmus zur Berechnung des integralen Leistungsindikators sprechen .

Ich wollte die Ergebnisse der Modellierung eines einfachen Systems (wie eines „Körpers an einer Schnur“) mit drei verschiedenen Paketen vergleichen. Die Ergebnisse waren die gleichen, aber der Vergleichsprozess selbst erwies sich als sehr interessant. Ich habe versucht, die spezifischen Einsatzmöglichkeiten jedes Produkts sowie seine Stärken und Schwächen bei der Berechnung der Dynamik mechanischer Systeme zu erklären. Darüber hinaus gab es zum Zeitpunkt des Schreibens praktisch keine Informationen in russischer Sprache zur Verwendung von MapleSim.

Merkmale der numerischen Modellierung der Dynamik eines experimentellen Tether-Systems mithilfe von Software, die auf der Python-Sprache basiert

Wissenschaftliche Berechnungen in C++

• Zeichnen von Diagrammen in C++. Ich interessierte mich für eine einfache Bibliothek zum Zeichnen zweidimensionaler Diagramme. Mit fortschreitender Suche wurde das Problem präziser und Folgendes wurde entdeckt ...
• Integration gewöhnlicher Differentialgleichungen in C++. Dies erfordert Bibliotheken von Integratoren (Lösern) und Vektor-Matrix-Operationen.
• Bibliothek für lineare Algebra in C++. Armadillo aufbauen. Vorteile: 1) schnell; 2) Es gibt alles, was ich brauche, zum Beispiel Zeilen- und Spaltenmatrizen und nicht nur Vektoren (Zeilen und Spalten werden von Matrizen geerbt); 3) Codequalität (das kann ich nicht :)).
• Bibliotheken für die Arbeit mit dünn besetzten Matrizen. Wir wählen eine Bibliothek für die Arbeit mit dünn besetzten Matrizen aus. SLAE-Löser sind erforderlich und plattformübergreifend ist wünschenswert. Ich füge die Informationen hinzu, die ich hier gefunden habe.

Computermathematische Systeme

• Beliebte Systeme der Computermathematik (SCM) Maple.
• Giac ist ein kostenloser SCM mit Maple-Kompatibilitätsmodus.
• Maxima ist ein beliebter kostenloser SCM.

MATLAB

Vorlesungen für Studierende. Beispiele für Programme. Projekte.

Ein kostenloses plattformübergreifendes Paket für wissenschaftliche und technische Berechnungen, dessen Fähigkeiten denen von MATLAB ähneln.

Visuelle Modellierungspakete

Simulink, Xcos und andere... Mit der visuellen Modellierung können Sie ein Computermodell eines dynamischen Systems in Form eines Blockdiagramms erstellen, ohne auf Programmierung zurückgreifen zu müssen.

erstellt Grafiken und Animationen mithilfe von Befehlen. Führt eine Annäherung durch. Kann als Visualisierungsbibliothek und Rechner verwendet werden (einfacher als MATLAB, aber viel leistungsfähiger als die integrierte Systembibliothek). Verfügt über eine vollwertige Programmiersprache. Klein, smart, kostenlos und plattformübergreifend :)

Computersimulation von Bewegungen mithilfe von Physik-Engines

Nützliche Informationen zum Betrieb von Physik-Engines. Modelle in Box2d und Bullet.

Wir stellen PDE-Löser und Finite-Elemente-Analysepakete zusammen, die diese Löser verwenden.

Programmversion: 3.01 Programmgröße: 191 KB Heruntergeladen: 1682

Programmversion: 5 Programmgröße: 773 KB Heruntergeladen: 1115

Programmversion: 2.17 Programmgröße: 238 KB Heruntergeladen: 3124

Programmversion: 1.0 Programmgröße: 187 KB Heruntergeladen: 648

Programmversion: 1.0 Programmgröße: 755 KB Heruntergeladen: 1358

Programmversion: 1.1 Programmgröße: 232 KB Heruntergeladen: 1471

Beschreibung: Eine Möglichkeit, die Zuverlässigkeit des Funktionierens eines komplexen Systems zu erhöhen, ist die Einführung vorbeugender Maßnahmen, die darauf abzielen, das System beim Auftreten verschiedener ungünstiger Faktoren in einen optimalen Zustand zu bringen. Ein automatisiertes experimentelles Datenanalysesystem soll die Wirksamkeit dieser Aktivitäten bestimmen. Um die Analyse in der Phase der Experimentplanung durchzuführen, werden drei Hauptzustände des Systems formuliert und untersucht: - Referenz – ein Zustand, in dem das System auf unbestimmte Zeit fehlerfrei funktionieren kann; - aktuell - ein Zustand, der auftritt, wenn verschiedene ungünstige Faktoren auftreten, die zu einem Ausfall des Betriebs eines komplexen Systems führen können; - neu - ein Zustand, der durch die Umsetzung vorbeugender Maßnahmen erreicht wird, die darauf abzielen, den Folgen des Auftretens ungünstiger Faktoren entgegenzuwirken und das System in einen optimalen (Referenz-)Zustand zu bringen. Das automatisierte System formuliert die logische Schlussfolgerung mithilfe des mathematischen Apparats der Theorie der Mustererkennung. Zunächst werden Abweichungen vom Standard des aktuellen und des neuen Bundeslandes ermittelt. Ist die Abweichung vom neuen Zustand größer als der aktuelle, gilt die vorbeugende Maßnahme eindeutig als unwirksam. Andernfalls wird der Erkennungsalgorithmus gestartet und das Ereignis gilt als wirksam, wenn als Ergebnis der Analyse der neue Zustand als Referenzzustand klassifiziert wird. Der Betrieb des automatisierten Systems wurde anhand von Daten einer experimentellen Studie über die Aktivitäten der Flugzeugbesatzung unter verschiedenen Flugbedingungen getestet, die an der Akademie für Zivilluftfahrt am KTS TU-134 im Rahmen eines der Forschungsprojekte durchgeführt wurde. Die aus den Ergebnissen der Studie mit klassischen Methoden der mathematischen Statistik (einschließlich Expertenbewertung) gezogenen Schlussfolgerungen stimmten vollständig mit den Schlussfolgerungen des automatisierten Systems überein.. Hier können Sie

Programmversion: 1 Programmgröße: 2,14 MB Heruntergeladen: 1920

Programmversion: Demo Programmgröße: 1,12 MB Heruntergeladen: 3647

Beschreibung: Nichtparametrisches Statistikmodul für alle Versionen der Tabellenkalkulationen StarCalc (Sun StarOffice) und Calc (OpenOffice.org). Hier kannst du

Symbolisch oder, wie man auch sagt, Computermathematik oder Computeralgebra ist ein großer Teil der mathematischen Modellierung. Prinzipiell sind solche Programme den computergestützten Konstruktionsprogrammen zuzuordnen. Somit gibt es im Bereich des Ingenieurdesigns drei Hauptbereiche:

• CAD – Computergestütztes Design;
• CAM – Computergestützte Fertigung;
• CAE – Computergestütztes Engineering.

In der seriösen Design-, Stadtplanungs- und Architekturbranche, der Elektrotechnik und einer Vielzahl verwandter Branchen sowie technischen Bildungseinrichtungen sind computergestützte Konstruktions- (CAD), Fertigungs- und Berechnungssysteme heute nicht mehr wegzudenken. Und mathematische Pakete sind ein integraler Bestandteil der Welt der CAE-Systeme, dieser Teil kann jedoch keineswegs als zweitrangig betrachtet werden, da manche Probleme ohne die Hilfe eines Computers überhaupt nicht gelöst werden können. Darüber hinaus greifen heute sogar Theoretiker (die sogenannten reinen, nicht angewandten Mathematiker) beispielsweise auf Systeme der symbolischen Mathematik zurück, um ihre Hypothesen zu testen.

Noch vor etwa 10 Jahren galten diese Systeme als rein professionell, doch Mitte der 90er Jahre kam es zu einem Wendepunkt für den Weltmarkt der massentauglichen CAD/CAM/CAE-Systeme. Dann wurden zum ersten Mal seit langer Zeit Pakete für die parametrische Modellierung mit industriellen Fähigkeiten für Benutzer von Personalcomputern verfügbar. Die Erfinder solcher Systeme berücksichtigten die Anforderungen eines breiten Anwenderkreises und gaben so Zehntausenden Ingenieuren und Mathematikern die Möglichkeit, die neuesten wissenschaftlichen Errungenschaften auf dem Gebiet der CAD/CAM/CAE-Systemtechnik an ihren persönlichen Arbeitsplätzen zu nutzen .

Was können mathematische Modellierungsprogramme also? Erfordern sie wirklich, dass Wissenschaftler in der Lage sind, in bestimmten algorithmischen Sprachen zu programmieren, Programme zu debuggen, Fehler zu erkennen und viel Zeit damit zu verbringen, Ergebnisse zu erzielen? Nein, diese Zeiten sind längst vorbei, und jetzt nutzen mathematische Pakete das Prinzip der Modellkonstruktion und nicht die traditionelle „Kunst des Programmierens“. Das heißt, der Benutzer stellt nur das Problem und das System findet die Methoden und Algorithmen zur Lösung selbst. Darüber hinaus werden Routineoperationen wie das Öffnen von Klammern, das Umwandeln von Ausdrücken, das Finden von Wurzeln von Gleichungen, Ableitungen und unbestimmten Integralen vom Computer unabhängig in symbolischer Form und praktisch ohne Benutzereingriff ausgeführt.

Moderne Mathematikpakete können sowohl als normaler Taschenrechner als auch als Mittel zur Vereinfachung von Ausdrücken bei der Lösung beliebiger Probleme sowie als Grafik- oder sogar Tongenerator verwendet werden! Auch die Schnittstelle zum Internet ist zum Standard geworden und die Generierung von HTML-Seiten ist Teil des Berechnungsprozesses. Jetzt können Sie ein Problem lösen und gleichzeitig den Fortschritt seiner Lösung Ihren Kollegen auf Ihrer Homepage veröffentlichen.

Über mathematische Modellierungsprogramme und mögliche Anwendungsbereiche können wir noch sehr lange sprechen, wir beschränken uns jedoch auf einen kurzen Überblick über die führenden Programme und weisen auf ihre Gemeinsamkeiten und Unterschiede hin. Derzeit verfügen fast alle modernen CAE-Programme über integrierte symbolische Berechnungsfunktionen. Allerdings gelten Maple, MathCad, Mathematica und MatLab als die bekanntesten und geeignetsten für mathematisch-symbolische Berechnungen. Aber während wir die wichtigsten symbolischen Mathematikprogramme durchgehen, werden wir auch mögliche Alternativen aufzeigen, die ideologisch dem einen oder anderen führenden Paket ähneln.

Was machen diese Programme also und wie helfen sie Mathematikern? Die Grundlage eines Kurses in mathematischer Analysis im Hochschulbereich bilden Konzepte wie Grenzwerte, Ableitungen, Stammfunktionen von Funktionen, Integrale verschiedener Art, Reihen und Differentialgleichungen. Jeder, der mit den Grundlagen der höheren Mathematik vertraut ist, kennt wahrscheinlich Dutzende Regeln zum Finden von Grenzwerten, zum Berechnen von Integralen, zum Finden von Ableitungen usw. Wenn man dazu noch die Tatsache hinzufügt, dass man sich zum Finden der meisten Integrale auch die Tabelle der Grundintegrale merken muss, erhält man eine wirklich enorme Menge an Informationen. Und wenn man das Lösen solcher Probleme längere Zeit nicht übt, vergisst man vieles schnell und um beispielsweise ein komplexeres Integral zu finden, muss man in Nachschlagewerken suchen. Aber Integrale zu bilden und Grenzen in der realen Arbeit zu finden, ist nicht das Hauptziel von Berechnungen. Das eigentliche Ziel besteht darin, Probleme zu lösen, und Berechnungen sind nur ein Zwischenschritt auf dem Weg zu dieser Lösung.

Mit der beschriebenen Software können Sie viel Zeit sparen und viele Berechnungsfehler vermeiden. Natürlich sind CAE-Systeme nicht nur auf diese Fähigkeiten beschränkt, aber in diesem Test werden wir uns auf sie konzentrieren.

Beachten wir nur, dass das Spektrum der durch solche Systeme gelösten Probleme sehr breit ist:

• Durchführung mathematischer Forschungen, die Berechnungen und analytische Berechnungen erfordern;
• Entwicklung und Analyse von Algorithmen;
• mathematische Modellierung und Computerexperimente;
• Datenanalyse und -verarbeitung;
• Visualisierung, wissenschaftliche und technische Grafiken;
• Entwicklung von Grafik- und Berechnungsanwendungen.

Wir weisen jedoch darauf hin, dass, da CAE-Systeme Operatoren für grundlegende Berechnungen enthalten, fast alle Algorithmen, die nicht in den Standardfunktionen enthalten sind, durch das Schreiben eines eigenen Programms implementiert werden können.

Mathematica (http://www.wolfram.com/)

• 400-550 MB Festplattenspeicher;
• Betriebssysteme: Windows 98/Me/NT 4.0/2000/2003 Server/2003x64/XP/XP x64.

Wolfram Reseach, Inc., das das Computer-Mathematiksystem Mathematica entwickelt hat, gilt zu Recht als der älteste und angesehenste Akteur auf diesem Gebiet. Das Mathematica-Paket (aktuelle Version 5.2) wird häufig in Berechnungen in der modernen wissenschaftlichen Forschung verwendet und hat im wissenschaftlichen und pädagogischen Umfeld große Bekanntheit erlangt. Man könnte sogar sagen, dass Mathematica über erhebliche funktionale Redundanz verfügt (insbesondere besteht sogar die Fähigkeit, Klang zu synthetisieren).

Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass dieses leistungsstarke mathematische System, das angeblich weltweit führend ist, von einer Sekretärin oder sogar dem Direktor eines kleinen Handelsunternehmens benötigt wird, ganz zu schweigen von normalen Benutzern. Aber zweifellos sollte jedes seriöse wissenschaftliche Labor oder jede Universitätsabteilung über ein ähnliches Programm verfügen, wenn sie ernsthaft daran interessiert sind, die Durchführung mathematischer Berechnungen beliebiger Komplexität zu automatisieren. Trotz ihres Schwerpunkts auf ernsthaften mathematischen Berechnungen sind die Mathematica-Klassensysteme leicht zu erlernen und können von einer ziemlich breiten Benutzergruppe genutzt werden – Universitätsstudenten und -lehrern, Ingenieuren, Doktoranden, Forschern und sogar Studenten in Mathematikklassen im Allgemein- und Sonderunterricht Schulen. Sie alle finden in einem solchen System zahlreiche sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten.

Gleichzeitig überlasten die umfangreichen Funktionen des Programms die Benutzeroberfläche nicht und verlangsamen die Berechnungen nicht. Mathematica demonstriert durchweg eine hohe Geschwindigkeit symbolischer Transformationen und numerischer Berechnungen. Von allen betrachteten Systemen ist das Mathematica-Programm das vollständigste und universellste, jedoch hat jedes Programm sowohl seine Vor- als auch seine Nachteile. Und vor allem haben sie ihre eigenen Anhänger, die man nicht von der Überlegenheit eines anderen Systems überzeugen kann. Doch wer sich ernsthaft mit Computer-Mathematik-Systemen beschäftigt, sollte mehrere Programme nutzen, denn nur diese garantieren eine hohe Zuverlässigkeit komplexer Berechnungen.

Beachten Sie, dass an der Entwicklung verschiedener Versionen des Mathematica-Systems neben der Muttergesellschaft Wolfram Research, Inc. auch andere Unternehmen und Hunderte hochqualifizierter Spezialisten, darunter Mathematiker und Programmierer, beteiligt waren. Unter ihnen sind auch Vertreter der im Ausland angesehenen und gefragten russischen Mathematikschule. Mathematica ist eines der größten Softwaresysteme und implementiert die effizientesten Berechnungsalgorithmen. Dazu gehört beispielsweise der Kontextmechanismus, der das Auftreten von Nebenwirkungen in Programmen verhindert.

Das Mathematica-System gilt heute als weltweit führend unter den computersymbolischen Mathematiksystemen für den PC und bietet nicht nur die Möglichkeit, komplexe numerische Berechnungen mit der Ausgabe ihrer Ergebnisse in der anspruchsvollsten grafischen Form durchzuführen, sondern ist auch besonders arbeitsintensiv analytische Transformationen und Berechnungen. Windows-Versionen des Systems verfügen über eine moderne Benutzeroberfläche und ermöglichen die Erstellung von Dokumenten in Form von Notebooks. Sie kombinieren Quelldaten, Beschreibungen von Problemlösungsalgorithmen, Programmen und Lösungsergebnissen in unterschiedlichsten Formen (mathematische Formeln, Zahlen, Vektoren, Matrizen, Tabellen und Grafiken).

Mathematica wurde als System konzipiert, das die Arbeit von Wissenschaftlern und analytischen Mathematikern so weit wie möglich automatisieren würde, und verdient daher auch als typischer Vertreter elitärer und hochintelligenter Softwareprodukte höchster Komplexität eine Untersuchung. Von viel größerem Interesse ist es jedoch als leistungsstarker und flexibler mathematischer Werkzeugkasten, der den meisten Wissenschaftlern, Hochschullehrern, Studenten, Ingenieuren und sogar Schulkindern eine unschätzbare Hilfe sein kann.

Von Anfang an wurde viel Wert auf Grafiken gelegt, auch auf dynamische, und sogar auf Multimedia-Fähigkeiten – die Wiedergabe dynamischer Animationen und Klangsynthese. Das Spektrum an Grafikfunktionen und Optionen, die ihre Wirkung verändern, ist sehr groß. Grafiken waren schon immer die Stärke verschiedener Versionen des Mathematica-Systems und verschafften ihnen eine Führungsposition unter den Computermathematiksystemen.

Dadurch nahm Mathematica schnell eine führende Position auf dem Markt für symbolische mathematische Systeme ein. Besonders attraktiv sind die umfangreichen grafischen Möglichkeiten des Systems und die Implementierung einer Notebook-ähnlichen Oberfläche. Gleichzeitig sorgte das System auch bei der Lösung symbolischer Probleme für eine dynamische Verbindung zwischen Dokumentzellen im Stil von Tabellenkalkulationen, was es grundlegend und vorteilhaft von anderen ähnlichen Systemen unterschied.

Den zentralen Platz in Systemen der Mathematica-Klasse nimmt übrigens ein maschinenunabhängiger Kern mathematischer Operationen ein, der die Übertragung des Systems auf verschiedene Computerplattformen ermöglicht. Um das System auf eine andere Computerplattform zu übertragen, wird ein Front-End-Softwareschnittstellenprozessor verwendet. Er bestimmt, über welche Art von Benutzeroberfläche das System verfügt, das heißt, die Schnittstellenprozessoren von Mathematica-Systemen für andere Plattformen können ihre eigenen Nuancen haben. Der Kernel ist so kompakt, dass jede Funktion sehr schnell von ihm aufgerufen werden kann. Um den Funktionsumfang zu erweitern, nutzen Sie die Bibliothek und eine Reihe von Add-on-Paketen. Erweiterungspakete werden in der eigenen Programmiersprache der Mathematica-Systeme erstellt und sind das Hauptmittel zur Entwicklung von Systemfunktionen und deren Anpassung zur Lösung spezifischer Klassen von Benutzerproblemen. Darüber hinaus verfügen die Systeme über ein integriertes elektronisches Hilfesystem – Help, das elektronische Bücher mit realen Beispielen enthält.

Somit ist Mathematica einerseits ein typisches Programmiersystem, das auf einer der leistungsstärksten problemorientierten funktionalen Programmiersprachen auf hoher Ebene basiert und zur Lösung verschiedener Probleme (einschließlich mathematischer) entwickelt wurde, und andererseits ein interaktives System zur Online-Lösung der meisten mathematischen Probleme ohne herkömmliche Programmierung. Damit verfügt Mathematica als Programmiersystem über alle Möglichkeiten, nahezu beliebige Kontrollstrukturen zu entwickeln und zu erstellen, Eingabe-Ausgabe zu organisieren, mit Systemfunktionen zu arbeiten und beliebige Peripheriegeräte zu bedienen, und mit Hilfe von Erweiterungspaketen (Add-ons) wird dies möglich um sich an die Bedürfnisse jedes Benutzers anzupassen (obwohl der durchschnittliche Benutzer diese Programmierwerkzeuge möglicherweise nicht benötigt, kommt er mit den integrierten mathematischen Funktionen des Systems aus, die mit ihrer Fülle und Vielfalt selbst erfahrene Mathematiker in Erstaunen versetzen).

Zu den Nachteilen des Mathematica-Systems gehört lediglich eine sehr ungewöhnliche Programmiersprache, die jedoch durch ein ausführliches Hilfesystem erleichtert wird.

Zu den einfacheren, aber ideologisch ähnlichen Alternativen zu Mathematica gehören Pakete wie Maxima ( /) und Kalamaris (developer.kde.org/~larrosa/kalamaris.html).

Beachten Sie, dass es sich beim Maxima-System um ein nichtkommerzielles Open-Source-Projekt handelt. Maxima verwendet für mathematische Arbeiten eine ähnliche Sprache wie Mathematica, und die grafische Benutzeroberfläche folgt denselben Prinzipien. Ursprünglich hieß das Programm Xmaxima und wurde für UNIX-Systeme erstellt.

Darüber hinaus verfügt Maxima jetzt über eine noch leistungsfähigere, effizientere und benutzerfreundlichere plattformübergreifende grafische Oberfläche namens Wxmaxima (http://wxmaxima.sourceforge.net). Und obwohl dieses Projekt derzeit nur in der Beta-Version existiert, entwickelt es sich nach und nach zu einer sehr ernstzunehmenden Alternative zu kommerziellen Systemen.

Was das Kalamaris-Programm betrifft, so handelt es sich ebenfalls um ein neues Projekt, dessen Ansatz und Ideologie dem Mathematica-System ähneln. Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen, aber es ist auch eine gute kostenlose Alternative zu einem kommerziellen Monster wie Mathematica.

Ahorn (http://www.maplesoft.com/)

Minimale Systemvoraussetzungen:

Prozessor Pentium III 650 MHz;

400 MB Festplattenspeicher;

Betriebssysteme: Windows NT 4 (SP5)/98/ME/2000/2003 Server/XP Pro/XP Home.

Das Maple-Programm (neueste Version 10.02) ist eine Art Patriarch in der Familie der symbolischen Mathematiksysteme und gehört immer noch zu den Spitzenreitern unter den universellen symbolischen Computersystemen. Es bietet dem Benutzer eine praktische intellektuelle Umgebung für mathematische Forschung auf jedem Niveau und erfreut sich besonders in der wissenschaftlichen Gemeinschaft großer Beliebtheit. Beachten Sie, dass der symbolische Analysator des Maple-Programms der leistungsstärkste Teil dieser Software ist. Daher wurde er ausgeliehen und in eine Reihe anderer CAE-Pakete wie MathCad und MatLab sowie in die Pakete zur Erstellung wissenschaftlicher Publikationen von Scientific WorkPlace integriert und Math Office für Word.

Das Maple-Paket ist eine gemeinsame Entwicklung der University of Waterloo (Ontario, Kanada) und der ETHZ, Zürich, Schweiz. Für den Verkauf wurde ein spezielles Unternehmen gegründet – Waterloo Maple, Inc., das leider eher für die mathematische Untersuchung seines Projekts als für den Grad seiner kommerziellen Umsetzung bekannt wurde. Dadurch war das Maple-System bisher vor allem einem engen Kreis von Profis zugänglich. Jetzt arbeitet dieses Unternehmen mit der Firma MathSoft, Inc. zusammen, die im Handel und bei der Entwicklung der Benutzeroberfläche mathematischer Systeme erfolgreicher ist. - der Schöpfer des sehr beliebten und weit verbreiteten Systems für numerische Berechnungen MathCad, das zum internationalen Standard für technische Berechnungen geworden ist.

Maple bietet eine praktische Umgebung für Computerexperimente, bei denen verschiedene Herangehensweisen an ein Problem ausprobiert, bestimmte Lösungen analysiert und, falls Programmierung erforderlich ist, Fragmente ausgewählt werden, die eine besondere Geschwindigkeit erfordern. Das Paket ermöglicht die Erstellung integrierter Umgebungen unter Beteiligung anderer Systeme und universeller Hochprogrammiersprachen. Wenn die Berechnungen durchgeführt wurden und Sie die Ergebnisse formalisieren müssen, können Sie die Tools dieses Pakets verwenden, um die Daten zu visualisieren und Illustrationen für die Veröffentlichung vorzubereiten. Um die Arbeit abzuschließen, müssen Sie nur noch gedrucktes Material (Bericht, Artikel, Buch) direkt in der Maple-Umgebung vorbereiten und dann mit der nächsten Studie fortfahren. Die Arbeit ist interaktiv – der Benutzer gibt Befehle ein und sieht sofort das Ergebnis ihrer Ausführung auf dem Bildschirm. Gleichzeitig ähnelt das Maple-Paket überhaupt nicht einer herkömmlichen Programmierumgebung, die eine strikte Formalisierung aller Variablen und Aktionen mit ihnen erfordert. Dabei wird automatisch für die Auswahl geeigneter Variablentypen gesorgt und die Korrektheit der Operationen überprüft, sodass im allgemeinen Fall auf die Beschreibung von Variablen und die strenge Formalisierung des Datensatzes verzichtet werden kann.

Das Maple-Paket besteht aus einem Kern (in C geschriebene und gut optimierte Prozeduren), einer in der Maple-Sprache geschriebenen Bibliothek und einer entwickelten externen Schnittstelle. Der Kernel führt die meisten Grundoperationen aus und die Bibliothek enthält viele Befehle – Prozeduren, die im Interpretationsmodus ausgeführt werden.

Die Maple-Schnittstelle basiert auf dem Konzept eines Arbeitsblatts oder Dokuments, das Eingabe-/Ausgabezeilen und Text sowie Grafiken enthält.

Das Paket wird im Interpretermodus verarbeitet. In der Eingabezeile gibt der Benutzer einen Befehl an, drückt die Eingabetaste und erhält das Ergebnis – eine Ausgabezeile (oder -zeilen) oder eine Meldung über einen fehlerhaft eingegebenen Befehl. Es erfolgt sofort eine Aufforderung zur Eingabe eines neuen Befehls usw.

Maple-Schnittstelle

Arbeitsfenster (Blätter) des Maple-Systems können entweder als interaktive Umgebungen zur Lösung von Problemen oder als System zur Erstellung technischer Dokumentation verwendet werden. Executive-Gruppen und Tabellenkalkulationen vereinfachen die Benutzerinteraktion mit der Maple-Engine, indem sie als primäre Mittel dienen, mit denen Anfragen zur Ausführung bestimmter Aufgaben und Ausgabeergebnisse an das Maple-System gesendet werden. Beide Arten von Primärwerkzeugen ermöglichen die Eingabe von Maple-Befehlen.

Das Maple-System ermöglicht Ihnen die Eingabe von Tabellenkalkulationen, die sowohl Zahlen als auch Symbole enthalten. Sie kombinieren die mathematischen Fähigkeiten von Maple mit dem bekannten Zeilen- und Spaltenformat herkömmlicher Tabellenkalkulationen. Zur Erstellung von Formeltabellen können Maple-Tabellen verwendet werden.

Um die Dokumentation und Organisation von Berechnungsergebnissen zu erleichtern, gibt es Optionen zum Aufteilen in Absätze und Abschnitte sowie zum Hinzufügen von Hyperlinks. Ein Hyperlink ist eine Navigationshilfe. Mit einem Klick können Sie zu einer anderen Stelle im Arbeitsblatt, zu einem anderen Arbeitsblatt, zu einer Hilfeseite, zu einem Arbeitsblatt auf einem Webserver oder zu einer anderen Webseite wechseln.

Arbeitsblätter können hierarchisch in Abschnitte und Unterabschnitte organisiert werden. Abschnitte und Unterabschnitte können erweitert oder reduziert werden. Maple unterstützt wie andere Texteditoren eine Lesezeichenoption.

Rechnen in Maple

Das Maple-System kann auf der grundlegendsten Ebene seiner Fähigkeiten verwendet werden – als sehr leistungsfähiger Rechner für Berechnungen anhand vorgegebener Formeln, aber sein Hauptvorteil ist die Fähigkeit, arithmetische Operationen in symbolischer Form, also auf die Art und Weise, wie eine Person sie ausführt, auszuführen . Bei der Arbeit mit Brüchen und Wurzeln wandelt das Programm diese bei den Berechnungen nicht in die Dezimalform um, sondern nimmt die notwendigen Kürzungen und Transformationen in eine Spalte vor, wodurch Sie Rundungsfehler vermeiden können. Um mit Dezimaläquivalenten zu arbeiten, verfügt das Maple-System über einen speziellen Befehl, der den Wert eines Ausdrucks im Gleitkommaformat annähert. Das Maple-System berechnet endliche und unendliche Summen und Produkte, führt Rechenoperationen mit komplexen Zahlen durch, reduziert eine komplexe Zahl problemlos auf eine Zahl in Polarkoordinaten, berechnet die Zahlenwerte elementarer Funktionen und kennt auch viele Sonderfunktionen und mathematische Konstanten ( wie „e“ und „pi“). Maple unterstützt Hunderte von Sonderfunktionen und Zahlen, die in vielen Bereichen der Mathematik, Naturwissenschaften und Technik vorkommen. Hier sind nur einige davon:

• Fehlerfunktion;
• Euler-Konstante;
• Exponentialintegral;
• elliptische Integralfunktion;
• Gammafunktion;
• Zeta-Funktion;
• Heaviside-Step-Funktion;
• Dirac-Delta-Funktion;
• Bessel- und modifizierte Bessel-Funktionen.

Das Maple-System bietet verschiedene Möglichkeiten zur Darstellung, Reduzierung und Transformation von Ausdrücken, beispielsweise Operationen wie das Vereinfachen und Faktorisieren algebraischer Ausdrücke und deren Reduzierung auf verschiedene Formen. Somit kann Maple zur Lösung von Gleichungen und Systemen verwendet werden.

Maple verfügt außerdem über viele leistungsstarke Tools zum Auswerten von Ausdrücken mit einer oder mehreren Variablen. Das Programm kann zur Lösung von Problemen in der Differential- und Integralrechnung, der Grenzwertrechnung, Reihenentwicklungen, Reihensummierung, Multiplikation, Integraltransformationen (wie der Laplace-Transformation, Z-Transformation, Mellin- oder Fourier-Transformation) sowie zu Studieren Sie stetige oder stückweise stetige Funktionen.

Maple kann die Grenzen von Funktionen berechnen, sowohl endliche als auch ins Unendliche tendierende, und erkennt auch Unsicherheiten in den Grenzen. Dieses System kann eine Vielzahl gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODEs) sowie partieller Differentialgleichungen (PDEs) lösen, einschließlich Anfangsbedingungsproblemen (IVPs) und Randbedingungsproblemen (BVPs).

Eines der am häufigsten verwendeten Softwarepakete in Maple ist das Paket für lineare Algebra, das einen leistungsstarken Befehlssatz für die Arbeit mit Vektoren und Matrizen enthält. Maple kann Eigenwerte und Eigenvektoren von Operatoren finden, krummlinige Koordinaten berechnen, Matrixnormen finden und viele verschiedene Arten von Matrixzerlegungen berechnen.

Für technische Anwendungen enthält Maple Nachschlagewerke zu physikalischen Konstanten und Einheiten physikalischer Größen mit automatischer Umrechnung von Formeln. Maple eignet sich besonders gut für den Mathematikunterricht. Die höchste Intelligenz dieses Systems der symbolischen Mathematik wird mit hervorragenden mathematisch-numerischen Modellierungswerkzeugen und einfach atemberaubenden Möglichkeiten zur grafischen Visualisierung von Lösungen kombiniert. Systeme wie Maple können sowohl im Unterricht als auch im Selbststudium eingesetzt werden, um Mathematik von Anfang bis Ende zu studieren.

Grafiken in Ahorn

Das Maple-System unterstützt sowohl 2D- als auch 3D-Grafiken. So können Sie explizite, implizite und parametrische Funktionen sowie mehrdimensionale Funktionen und einfache Datensätze grafisch darstellen und visuell nach Mustern suchen.

Mit den grafischen Werkzeugen von Maple können Sie zweidimensionale Diagramme mehrerer Funktionen gleichzeitig erstellen, Diagramme konformer Transformationen von Funktionen mit komplexen Zahlen erstellen und Diagramme von Funktionen in logarithmischen, doppelt logarithmischen, parametrischen, Phasen-, Polar- und Konturformen erstellen. Sie können Ungleichungen, implizite Funktionen, Lösungen von Differentialgleichungen und Wurzelhodogramme grafisch darstellen.

Maple kann Flächen und Kurven in 3D erzeugen, einschließlich Flächen, die durch explizite und parametrische Funktionen definiert sind, sowie Lösungen für Differentialgleichungen. Dabei kann es nicht nur in statischer Form, sondern auch in Form einer zwei- oder dreidimensionalen Animation dargestellt werden. Mit dieser Funktion des Systems können ablaufende Prozesse in Echtzeit dargestellt werden.

Beachten Sie, dass das System zur Vorbereitung der Ergebnis- und Dokumentrecherche über alle Möglichkeiten verfügt, Schriftarten für Namen, Inschriften und andere Textinformationen in den Diagrammen auszuwählen. In diesem Fall können Sie nicht nur die Schriftarten, sondern auch die Helligkeit, Farbe und Skalierung der Grafik variieren.

Spezialisierte Anwendungen

Ein umfassender Satz leistungsstarker Maple PowerTools und Pakete für Bereiche wie Finite-Elemente-Analyse (FEM), nichtlineare Optimierung und mehr stellen Benutzer mit universitärem Mathematikhintergrund voll und ganz zufrieden. Maple enthält außerdem Pakete mit Routinen zur Lösung von Problemen der linearen Algebra und der Tensoralgebra, der euklidischen und analytischen Geometrie, der Zahlentheorie, der Wahrscheinlichkeitstheorie und der mathematischen Statistik, der Kombinatorik, der Gruppentheorie, der Integraltransformationen, der numerischen Approximation und der linearen Optimierung (Simplex-Methode) sowie Probleme der Finanzmathematik und viele, viele andere.

Das Softwarepaket Finance ist für Finanzberechnungen konzipiert. Mit seiner Hilfe können Sie die aktuelle und kumulierte Rentenhöhe, die Gesamtrente, die Höhe der Lebensrente, die Gesamtlebensrente und die Zinserträge aus Anleihen berechnen. Sie können eine Tilgungstabelle erstellen, den tatsächlichen Zinssatzbetrag für Zinseszinsen ermitteln und den aktuellen und zukünftigen Festbetrag für einen bestimmten Zinssatz und Zinseszins berechnen.

Programmierung

Das Maple-System verwendet eine prozedurale Sprache der 4. Generation (4GL). Diese Sprache wurde speziell für die schnelle Entwicklung mathematischer Routinen und benutzerdefinierter Anwendungen entwickelt. Die Syntax dieser Sprache ähnelt der Syntax universeller Hochsprachen: C, Fortran, Basic und Pascal.

Maple kann Code generieren, der mit Programmiersprachen wie Fortran oder C sowie mit der in der wissenschaftlichen Welt sehr beliebten Typisierungssprache LaTeX kompatibel ist, die für Veröffentlichungen verwendet wird. Einer der Vorteile dieser Eigenschaft ist die Möglichkeit, Zugriff auf spezielle numerische Programme zu ermöglichen, die die Geschwindigkeit bei der Lösung komplexer Probleme maximieren. Mit dem Maple-System können Sie beispielsweise ein bestimmtes mathematisches Modell entwickeln und es dann verwenden, um C-Code zu generieren, der diesem Modell entspricht. Mit der speziell für die Entwicklung mathematischer Anwendungen optimierten 4GL-Sprache können Sie den Entwicklungsprozess verkürzen, und Maplets-Elemente oder Maple-Dokumente mit integrierten Grafikkomponenten helfen Ihnen, die Benutzeroberfläche individuell anzupassen.

Gleichzeitig können Sie in der Maple-Umgebung die Dokumentation für die Anwendung vorbereiten, da Sie mit den Tools des Pakets professionell aussehende technische Dokumente erstellen können, die Text, interaktive mathematische Berechnungen, Grafiken, Zeichnungen und sogar Ton enthalten. Sie können auch interaktive Dokumente und Präsentationen erstellen, indem Sie Schaltflächen, Schieberegler und andere Komponenten hinzufügen, und schließlich Dokumente im Internet veröffentlichen und mithilfe des MapleNet-Servers interaktives Computing im Web bereitstellen.

Internetkompatibilität

Maple ist das erste universelle Mathematikpaket, das vollständige Unterstützung für den MathML 2.0-Standard bietet, der sowohl das Erscheinungsbild der Mathematik im Web regelt. Diese exklusive Funktion macht die aktuelle Version von MathML zum primären Werkzeug für Internet-Mathematik und setzt zudem ein neues Niveau der Mehrbenutzerkompatibilität. TCP/IP bietet dynamischen Zugriff auf Informationen aus anderen Internetressourcen, beispielsweise Echtzeit-Finanzanalysen oder Wetterdaten.

Entwicklungsperspektiven

Die neuesten Versionen von Maple haben neben zusätzlichen Algorithmen und Methoden zur Lösung mathematischer Probleme eine komfortablere grafische Oberfläche, erweiterte Visualisierungs- und Diagrammtools sowie zusätzliche Programmiertools (einschließlich Kompatibilität mit universellen Programmiersprachen) erhalten. Ab der neunten Version wurde das Paket um den Import von Dokumenten aus dem Mathematica-Programm erweitert, Definitionen mathematischer und technischer Konzepte in das Hilfesystem eingeführt und die Navigation durch die Hilfeseiten erweitert. Darüber hinaus wurde die Druckqualität von Formeln verbessert, insbesondere bei der Formatierung großer und komplexer Ausdrücke, und die Größe von MW-Dateien zum Speichern von Maple-Arbeitsdokumenten wurde deutlich reduziert.

Daher ist Maple vielleicht das ausgewogenste System und der unangefochtene Spitzenreiter bei symbolischen Rechenfunktionen für die Mathematik. Gleichzeitig wird hier die ursprüngliche symbolische Engine mit einer leicht zu merkenden strukturierten Programmiersprache kombiniert, sodass Maple sowohl für kleine Aufgaben als auch für große Projekte eingesetzt werden kann.

Zu den einzigen Nachteilen des Maple-Systems gehören sein etwas „nachdenklicher“ Charakter, der nicht immer gerechtfertigt ist, sowie die sehr hohen Kosten dieses Programms (je nach Version und Bibliothekssatz beläuft sich der Preis auf mehrere Zehntausend Dollar). , obwohl Studenten und Forschern günstige Versionen angeboten werden – für mehrere hundert Dollar).

Das Maple-Paket ist an Universitäten führender Wissenschaftsmächte, Forschungszentren und Unternehmen weit verbreitet. Das Programm entwickelt sich ständig weiter, bezieht neue Bereiche der Mathematik ein, erhält neue Funktionen und bietet ein besseres Umfeld für Forschungsarbeiten. Eine der Hauptrichtungen der Entwicklung dieses Systems besteht darin, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit analytischer (symbolischer) Berechnungen zu erhöhen. Diese Richtung ist in Maple am weitesten verbreitet. Schon heute kann Maple komplexe analytische Berechnungen durchführen, die oft über die Fähigkeiten selbst erfahrener Mathematiker hinausgehen. Natürlich ist Maple nicht in der Lage, brillante Vermutungen anzustellen, aber das System führt Routine- und Massenberechnungen hervorragend durch. Ein weiterer wichtiger Bereich ist die Steigerung der Effizienz numerischer Berechnungen. Dadurch sind die Aussichten, Maple bei der numerischen Modellierung und der Durchführung komplexer Berechnungen, auch mit beliebiger Präzision, einzusetzen, deutlich gestiegen. Und schließlich ist die enge Integration von Maple mit anderer Software eine weitere wichtige Richtung bei der Entwicklung dieses Systems. Der symbolische Rechenkern von Maple ist bereits in einer Reihe von Computermathematiksystemen enthalten – von Systemen für ein breites Benutzerspektrum wie MathCad bis hin zu einem der besten Systeme für numerische Berechnungen und Modellierung, MatLab.

All diese Funktionen, kombiniert mit einer gut gestalteten und benutzerfreundlichen Benutzeroberfläche und einem leistungsstarken Hilfesystem, machen Maple zu einer erstklassigen Softwareumgebung zur Lösung einer Vielzahl mathematischer Probleme, die Benutzern dabei helfen kann, pädagogische und reale Probleme effektiv zu lösen wissenschaftliche und technische Probleme.

Alternative Pakete

Zu den einfacheren, aber ideologisch ähnlichen Alternativen zum Maple-Programm gehören Pakete wie Derive (http://www.chartwellyorke.com/derive.html), Scientific WorkPlace (http://www.mackichan.com/) und YaCaS (www. xs4all.nl/~apinkus/yacas.html).

Wie bereits erwähnt, wurde Scientific WorkPlace (SWP, aktuelle Version 5.5) ursprünglich als wissenschaftlicher Texteditor entwickelt, mit dem Sie mathematische Formeln einfach eingeben und bearbeiten können. Im Laufe der Zeit jedoch hat MacKichan Software, Inc. (Entwickler von Scientific WorkPlace) hat die Maple-Symbol-Engine von Waterloo Maple, Inc. lizenziert und das Programm kombiniert nun ein benutzerfreundliches mathematisches Textverarbeitungsprogramm und ein Computeralgebrasystem in einer Umgebung. Mit der integrierten Computeralgebra können Sie Berechnungen direkt im Dokument durchführen. Natürlich verfügt dieses Programm nicht über die gleichen Fähigkeiten wie Maple, aber es ist klein und einfach zu bedienen.

YaCaS (ein Akronym für Yet Another Computer Algebra System) ist eine kostenlose plattformübergreifende Alternative zu Maple, die auf denselben Prinzipien basiert. Die leistungsstarke und hocheffiziente YaCaS-Engine ist vollständig in C++ unter einer offenen Lizenz (OpenSource) implementiert. Die Benutzeroberfläche ist natürlich schlechter und einfacher als die der ehrwürdigen Konkurrenten, aber recht praktisch.

Das kleine kommerzielle Mathematiksystem Derive (aktuelle Version 6.1) gibt es allerdings schon länger, kann aber natürlich nicht als vollwertige Alternative zu Maple angesehen werden, obwohl es aufgrund seiner Anspruchslosigkeit bis heute attraktiv ist PC-Hardwareressourcen. Darüber hinaus zeigt es bei der Lösung von Problemen mittlerer Komplexität eine noch höhere Leistung und größere Zuverlässigkeit der Lösung als die ersten Versionen der Maple- und Mathematica-Systeme. Allerdings ist es für das Derive-System schwierig, ernsthaft mit diesen Systemen zu konkurrieren – sowohl hinsichtlich der Fülle an Funktionen und Regeln analytischer Transformationen als auch hinsichtlich der Computergrafikfähigkeiten und der Benutzerfreundlichkeit der Benutzeroberfläche. Im Moment handelt es sich bei Derive eher um ein Computeralgebra-Trainingssystem für Einsteiger.

Und obwohl die neueste Version von Derive 6 für Windows bereits über eine moderne, benutzerfreundliche Oberfläche verfügt, ist sie der anspruchsvollen Oberfläche ihrer ehrwürdigen Konkurrenten in vielerlei Hinsicht unterlegen. Und was die Möglichkeit zur grafischen Visualisierung von Berechnungsergebnissen angeht, hinkt Derive seinen Mitbewerbern in der Regel weit hinterher.

MatLab (http://www.mathworks.com/)

Minimale Systemvoraussetzungen:

• Prozessor Pentium III, 4, Xeon, Pentium M; AMD Athlon, Athlon XP, Athlon MP;
• 256 MB RAM (512 MB empfohlen);
• 400 MB Festplattenspeicher (nur für das MatLab-System selbst und seine Hilfe);
• Betriebssystem Microsoft Windows 2000 (SP3)/XP.

Das MatLab-System ist ein Mittelklasseprodukt, das für die symbolische Mathematik entwickelt wurde, aber für den breiten Einsatz im CAE-Bereich konzipiert ist (d. h. es ist auch in anderen Bereichen stark). MatLab ist eines der ältesten, sorgfältig entwickelten und bewährten Systeme zur Automatisierung mathematischer Berechnungen, das auf einer fortschrittlichen Darstellung und Anwendung von Matrixoperationen basiert. Dies spiegelt sich bereits im Namen des Systems wider – MATrix LABoratory, also Matrixlabor. Allerdings ist die Syntax der Programmiersprache des Systems so sorgfältig durchdacht, dass diese Ausrichtung von jenen Benutzern, die sich nicht direkt für Matrixberechnungen interessieren, kaum spürbar ist.

Trotz der Tatsache, dass MatLab ursprünglich ausschließlich für Computer gedacht war, wurde im Laufe der Evolution (und jetzt wurde bereits Version 7 veröffentlicht) zusätzlich zu hervorragenden Computertools ein symbolischer Transformationskernel von Waterloo Maple unter einer Lizenz für MatLab erworben. und es erschienen Bibliotheken, die in MatLab Funktionen bereitstellen, die nur für Mathematikpakete gelten. Mit der bekannten Simulink-Bibliothek, die das Prinzip der visuellen Programmierung implementiert, können Sie beispielsweise ein logisches Diagramm eines komplexen Steuerungssystems nur aus Standardblöcken erstellen, ohne eine einzige Codezeile schreiben zu müssen. Nachdem Sie eine solche Schaltung aufgebaut haben, können Sie deren Funktionsweise im Detail analysieren.

Das MatLab-System verfügt außerdem über umfangreiche Programmiermöglichkeiten. Seine C-Mathe-Bibliothek (MatLab-Compiler) ist objektbasiert und enthält über 300 Datenverarbeitungsverfahren in der C-Sprache. Im Paket können Sie sowohl MatLab-Prozeduren als auch Standard-C-Sprachprozeduren verwenden, was dieses Tool zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Entwicklung von Anwendungen macht (Mit dem C-Compiler Math können Sie beliebige MatLab-Prozeduren in vorgefertigte Anwendungen einbetten.)

Mit der C Math-Bibliothek können Sie die folgenden Funktionskategorien verwenden:

• Operationen mit Matrizen;
• Vergleich von Matrizen;
• Lösen linearer Gleichungen;
• Erweiterung von Operatoren und Suche nach Eigenwerten;
• Finden der inversen Matrix;
• Suche nach einer Determinante;
• Matrix-Exponentialberechnung;
• Elementare Mathematik;
• Funktionen Beta, Gamma, ERF und elliptische Funktionen;
• Grundlagen der Statistik und Datenanalyse;
• Suche nach Wurzeln von Polynomen;
• Filterung, Faltung;
• schnelle Fourier-Transformation (FFT);
• Interpolation;
• Operationen mit Strings;
• Datei-E/A-Operationen usw.

Darüber hinaus zeichnen sich alle MatLab-Bibliotheken durch eine hohe Geschwindigkeit numerischer Berechnungen aus. Matrizen werden jedoch nicht nur in mathematischen Berechnungen wie der Lösung von Problemen der linearen Algebra und der mathematischen Modellierung sowie der Berechnung statischer und dynamischer Systeme und Objekte häufig verwendet. Sie sind die Grundlage für die automatische Erstellung und Lösung von Zustandsgleichungen dynamischer Objekte und Systeme. Es ist die Universalität des Matrixrechnungsapparats, die das Interesse am MatLab-System deutlich steigert, das die besten Errungenschaften auf dem Gebiet der schnellen Lösung von Matrixproblemen vereint. Daher ist MatLab längst über den Rahmen eines spezialisierten Matrixsystems hinausgegangen und hat sich zu einem der leistungsstärksten universellen integrierten Systeme der Computermathematik entwickelt.

Zur Visualisierung der Simulation verfügt das MatLab-System über die Image Processing Toolbox-Bibliothek, die eine Vielzahl von Funktionen bereitstellt, die die Visualisierung von direkt aus der MatLab-Umgebung durchgeführten Berechnungen, Vergrößerung und Analyse sowie die Möglichkeit zur Erstellung von Bildverarbeitungsalgorithmen unterstützen. Fortschrittliche Grafikbibliothekstechniken in Verbindung mit der Programmiersprache MatLab bieten ein offenes, erweiterbares System, mit dem benutzerdefinierte Anwendungen erstellt werden können, die für die Grafikverarbeitung geeignet sind.

Die wichtigsten Tools der Bildverarbeitungs-Tollbox-Bibliothek:

• Aufbau von Filtern, Filterung und Bildwiederherstellung;
• Bildvergrößerung;
• Analyse und statistische Verarbeitung von Bildern;
• Identifizierung von Interessengebieten, geometrischen und morphologischen Operationen;
• Farbmanipulation;
• zweidimensionale Transformationen;
• Verarbeitungseinheit;
• Visualisierungstool;
• Schreiben/Lesen von Grafikdateien.

Somit kann das MatLab-System zur Bildverarbeitung verwendet werden, indem eigene Algorithmen erstellt werden, die mit Grafikarrays als Datenmatrizen arbeiten. Da MatLab für die Arbeit mit Matrizen optimiert ist, ist das Ergebnis eine einfache Bedienung, hohe Geschwindigkeit und Kosteneffizienz bei der Durchführung von Bildoperationen.

Somit kann das MatLab-Programm zur Wiederherstellung beschädigter Bilder, zur Mustererkennung von Objekten in Bildern oder zur Entwicklung eigener Original-Bildverarbeitungsalgorithmen verwendet werden. Die Bildverarbeitungs-Tollbox-Bibliothek vereinfacht die Entwicklung hochpräziser Algorithmen, da jede der in der Bibliothek enthaltenen Funktionen für maximale Geschwindigkeit, Effizienz und Genauigkeit der Berechnungen optimiert ist. Darüber hinaus stellt die Bibliothek dem Entwickler zahlreiche Werkzeuge zur Erstellung eigener Lösungen und zur Implementierung komplexer Grafikverarbeitungsanwendungen zur Verfügung. Und bei der Analyse von Bildern hilft Ihnen der sofortige Zugriff auf leistungsstarke Visualisierungstools dabei, die Auswirkungen von Vergrößerung, Rekonstruktion und Filterung sofort zu erkennen.

Unter anderen Bibliotheken des MatLab-Systems kann man auch die System Identification Toolbox erwähnen – eine Reihe von Werkzeugen zur Erstellung mathematischer Modelle dynamischer Systeme auf der Grundlage beobachteter Eingabe-/Ausgabedaten. Eine Besonderheit dieses Toolkits ist das Vorhandensein einer flexiblen Benutzeroberfläche, mit der Sie Daten und Modelle organisieren können. Die System Identification Toolbox-Bibliothek unterstützt sowohl parametrische als auch nichtparametrische Methoden. Die Schnittstelle des Systems erleichtert die Datenvorverarbeitung und arbeitet mit dem iterativen Prozess der Modellerstellung, um Schätzungen zu erhalten und die wichtigsten Daten hervorzuheben. Führen Sie Vorgänge wie das Öffnen/Speichern von Daten, das Hervorheben des Bereichs möglicher Datenwerte, das Entfernen von Fehlern und das Verhindern, dass Daten ihr charakteristisches Niveau verlassen, schnell und mit minimalem Aufwand aus.

Datensätze und identifizierte Modelle werden grafisch organisiert, so dass es einfach ist, die Ergebnisse früherer Analysen während des Systemidentifizierungsprozesses abzurufen und die nächsten möglichen Schritte im Prozess auszuwählen. Die Hauptbenutzeroberfläche organisiert die Daten, um das bereits erhaltene Ergebnis anzuzeigen. Dies ermöglicht einen schnellen Vergleich von Modellschätzungen, ermöglicht die grafische Hervorhebung der wichtigsten Modelle und die Überprüfung ihrer Leistung.

Und wenn es um mathematische Berechnungen geht, bietet MatLab Zugriff auf eine große Anzahl von Routinen, die in der NAG Foundation Library of Numerical Algorithms Group Ltd enthalten sind (das Toolkit enthält Hunderte von Funktionen aus verschiedenen Bereichen der Mathematik, und viele dieser Programme wurden von well entwickelt -bekannte Spezialisten in der Welt). Dies ist eine einzigartige Sammlung von Implementierungen moderner numerischer Methoden der Computermathematik, die in den letzten drei Jahrzehnten erstellt wurden. Somit hat MatLab Erfahrungen, Regeln und Methoden mathematischer Berechnungen absorbiert, die über Tausende von Jahren der Entwicklung der Mathematik gesammelt wurden. Allein die umfangreiche Dokumentation, die mit dem System geliefert wird, kann als grundlegendes mehrbändiges elektronisches Nachschlagewerk für mathematische Software angesehen werden.

Zu den Mängeln des MatLab-Systems zählen die geringe Integration der Umgebung (viele Fenster, mit denen man besser auf zwei Monitoren arbeiten kann), ein nicht sehr klares Hilfesystem (und dennoch erreicht der Umfang der proprietären Dokumentation fast 5.000 Seiten, was die Durchsicht erschwert) und spezifischer Code-Editor für MatLab-Programme. Heutzutage ist das MatLab-System in Technik, Wissenschaft und Bildung weit verbreitet, eignet sich aber dennoch eher für die Datenanalyse und Organisation von Berechnungen als für rein mathematische Berechnungen.

Um analytische Transformationen in MatLab durchzuführen, wird daher der symbolische Transformationskern von Maple verwendet, und von Maple aus können Sie für numerische Berechnungen auf MatLab zugreifen. Nicht umsonst ist die symbolische Mathematik Maple zu einem festen Bestandteil zahlreicher moderner Pakete geworden und die numerische Analyse aus MatLab und Toolboxen ist einzigartig. Dennoch sind die Mathematikpakete Maple und MatLab intellektuell führend in ihren Klassen, sie sind Modelle, die die Entwicklung der Computermathematik bestimmen.

Zu den einfacheren, aber ideologisch ähnlichen Alternativen zum MatLab-Programm zählen Pakete wie Octave (www.octave.org), KOctave (bubben.homelinux.net/~matti/koctave/) und Genius (www.jirka.org/genius.html).

Octave ist ein numerisches Berechnungsprogramm, das sehr gut mit MatLab kompatibel ist. Die Schnittstelle des Octave-Systems ist natürlich schlechter und verfügt nicht über so einzigartige Bibliotheken wie MatLab, aber es ist ein sehr einfach zu erlernendes Programm, das keine Systemressourcen benötigt. Octave wird unter einer Open-Source-Lizenz (OpenSource) vertrieben und kann für Bildungseinrichtungen eine gute Hilfe sein.

Das KOctave-Programm ist im Wesentlichen eine erweiterte grafische Oberfläche für das Octave-System. Durch die Verwendung von KOctave wird das Octave-System MatLab völlig ähnlich.

Das einfache mathematische Programm Genius kann natürlich nicht mit seinen berühmten Konkurrenten mithalten, aber seine Ideologie der mathematischen Transformationen ähnelt MatLab und Maple. Genius wird auch unter einer Open-Source-Lizenz (OpenSource) vertrieben. Es verfügt über eine eigene GEL-Sprache, ein entwickeltes Genius Math Tool und ein gutes System zur Vorbereitung von Dokumenten für die Veröffentlichung (unter Verwendung von Designsprachen wie LaTeX, Troff (eqn) und MathML). Eine sehr gute grafische Oberfläche des Genius-Programms macht die Arbeit damit einfach und bequem.

MathCad (http://www.mathsoft.com/, http://www.mathcad.com/)

Minimale Systemvoraussetzungen:

• Pentium II-Prozessor oder höher;
• 128 MB RAM (256 MB oder mehr empfohlen);
• 200-400 MB Festplattenspeicher;
• Betriebssysteme: Windows 98/Me/NT 4.0/2000/XP.

Im Gegensatz zum leistungsstarken MatLab-Paket, das auf hocheffiziente Berechnungen in der Datenanalyse ausgerichtet ist, handelt es sich beim MathCad-Programm (aktuelle Version 13) eher um einen einfachen, aber fortschrittlichen mathematischen Texteditor mit umfangreichen symbolischen Berechnungsmöglichkeiten und einer hervorragenden Benutzeroberfläche. MathCad verfügt nicht über eine eigentliche Programmiersprache und die symbolische Berechnungs-Engine ist dem Maple-Paket entlehnt. Die Benutzeroberfläche des MathCad-Programms ist jedoch sehr einfach und die Visualisierungsmöglichkeiten sind umfangreich. Alle Berechnungen werden hier auf der Ebene der visuellen Aufzeichnung von Ausdrücken in gebräuchlicher mathematischer Form durchgeführt. Das Paket enthält gute Tipps, eine ausführliche Dokumentation, eine Trainingsfunktion, eine Reihe zusätzlicher Module und guten technischen Support vom Hersteller (wie Sie an der Produktversion sehen können, wird dieses Programm häufiger aktualisiert als andere in diesem Testbericht erwähnte, obwohl das Erscheinungsjahr der ersten Version ist ungefähr das gleiche - 1996-1997). Bisher sind die mathematischen Fähigkeiten von MathCad im Bereich der Computeralgebra jedoch den Systemen Maple, Mathematica, MatLab und sogar dem kleinen Derive deutlich unterlegen. Allerdings wurden viele Bücher und Schulungen mit dem MathCad-Programm veröffentlicht, auch in Russland. Heute ist dieses System buchstäblich zu einem internationalen Standard für technisches Rechnen geworden, und sogar viele Schulkinder lernen und verwenden MathCad.

Für eine kleine Menge an Berechnungen ist MathCad ideal – hier lässt sich alles sehr schnell und effizient erledigen und anschließend kann die Arbeit in gewohnter Form formatiert werden (MathCad bietet reichlich Möglichkeiten, die Ergebnisse zu formatieren und sogar im Internet zu veröffentlichen). Das Paket verfügt über praktische Datenimport-/-exportfunktionen. Sie können beispielsweise direkt in einem MathCad-Dokument mit Microsoft Excel-Tabellen arbeiten.

Im Allgemeinen ist MathCad ein sehr einfaches und praktisches Programm, das einem breiten Benutzerkreis empfohlen werden kann, auch solchen, die sich in Mathematik nicht so gut auskennen, und insbesondere solchen, die gerade erst die Grundlagen erlernen.

Als günstigere, einfachere, aber ideologisch ähnliche Alternativen zum MathCad-Programm können wir Pakete wie das bereits erwähnte YaCaS, das kommerzielle MuPAD-System (http://www.mupad.de/) und das kostenlose KmPlot-Programm (http://www.mupad.de/) nennen. /edu.kde.org/kmplot/).

Das KmPlot-Programm wird unter einer Open-Source-Lizenz (OpenSource) vertrieben. Es ist sehr einfach zu erlernen und auch für Schulkinder geeignet.

Beim MuPAD-Programm handelt es sich um ein modernes integriertes System mathematischer Berechnungen, mit dem Sie numerische und symbolische Transformationen durchführen sowie zweidimensionale und dreidimensionale Diagramme geometrischer Objekte zeichnen können. Allerdings ist MuPAD seinen ehrwürdigen Konkurrenten hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit deutlich unterlegen und handelt es sich vielmehr um ein Einsteigersystem für die Ausbildung.

Abschluss

Obwohl es im Bereich der Computermathematik nicht so vielfältig ist wie beispielsweise im Bereich der Computergrafik, verbergen sich hinter den scheinbaren Beschränkungen des Marktes für mathematische Programme deren wahrhaft grenzenlose Möglichkeiten! CAE-Systeme decken in der Regel nahezu alle Bereiche der Mathematik und ingenieurwissenschaftlichen Berechnungen ab.

Früher waren symbolische Mathematiksysteme ausschließlich für einen engen Kreis von Fachleuten gedacht und arbeiteten auf großen Computern (Großrechnern). Doch mit dem Aufkommen von PCs wurden diese Systeme für sie neu konzipiert und auf das Niveau von Massenserien-Softwaresystemen gebracht. Heutzutage existieren auf dem Markt symbolische Mathematiksysteme unterschiedlichen Kalibers nebeneinander – vom MathCad-System, das für eine breite Palette von Verbrauchern entwickelt wurde, bis hin zu den Computermonstern Mathematica, MatLab und Maple, die über Tausende von integrierten und Bibliotheksfunktionen sowie umfangreiche Möglichkeiten zur grafischen Visualisierung verfügen von Berechnungen und entwickelten Tools zur Dokumentationserstellung.

Beachten Sie, dass fast alle dieser Systeme nicht nur auf Personalcomputern funktionieren, die mit gängigen Windows-Betriebssystemen ausgestattet sind, sondern auch auf Linux-, UNIX- und Mac OS-Betriebssystemen sowie auf PDAs. Sie sind den Anwendern schon lange bekannt und auf allen Plattformen verbreitet – vom Handheld bis zum Supercomputer.

Am „vielfältigsten“ in Bezug auf Zusammensetzung, Funktionalität, Anzahl der Namen und am nächsten am Endbenutzer ist natürlich die Klasse der Anwendungsprogramme. Das Offensichtlichste für Anwendungsprogramme ist ihre Systematisierung nach ihrem Funktionszweck und Umfang. Aus funktionaler Sicht lässt sich Anwendungssoftware in mehrere große Gruppen einteilen:

□ Büroanwendungen;

□ Bewerbungen für Projektmanagement;

□ Anwendungen für die Arbeit mit einem lokalen Netzwerk;

□ Internetanwendungen;

□ Programme für wissenschaftliche Forschung und Berechnungen;

□ Bildungsprogramme;

□ Programme zur Organisation der Arbeit von Bildungseinrichtungen;

□ Programme für Bibliotheken;

□ Programme für die Arbeit mit Multimedia;

□ Buchhaltungsprogramme;

□ Finanzprogramme;

□ Designprogramme;

□ Unternehmenssoftware;

□ Software für Regierungsbehörden;

□ Sicherheitsprogramme;

□ Programme zur persönlichen Planung;

Hier werden nur die Hauptrichtungen aufgeführt, in denen sich Benutzeranwendungssoftware funktional entwickelt. Es ist unmöglich, absolut alles abzudecken, und zwar aus dem einfachen Grund, dass heute fast jede menschliche Aktivität, jeder Bereich seines Lebens von der einen oder anderen Art von Software unterstützt wird. Werfen wir einen genaueren Blick auf die Hauptkategorien.

15.6.1. Office-Anwendungen

Zu den Office-Anwendungen gehören sowohl vorgefertigte Office-Pakete (proprietäres Microsoft Office oder offenes OpenOffice.org) als auch einzelne Programme rund um die Funktionen der Eingabe, Speicherung, Verarbeitung und Präsentation von Dokumenten in elektronischer Form: verschiedene Texteditoren und Textverarbeitungsprogramme, Tabellenkalkulationen, Programme zum Erstellen von Präsentationen, Grafiken und Diagrammen, Programme für die Einzel- und Gruppenplanung. Office-Anwendungen sind so tief in jede Tätigkeit eingedrungen, dass ein Desktop-Computer heute ohne ein Office-Paket, das als integraler Bestandteil des Computers wahrgenommen wird, undenkbar ist.

Jede in den Office-Suiten enthaltene Office-Anwendung hat ihren eigenen Zweck und ihre eigenen notwendigen und zusätzlichen Funktionen.

Textverarbeitungssystem

Ein Textverarbeitungsprogramm ist eine Anwendung, deren Hauptzweck darin besteht, Textdokumente zu erstellen und zu bearbeiten. Für ein modernes Textverarbeitungsprogramm sind die Funktionen der Texteingabe und Bearbeitung des Textes (Kopieren, Ausschneiden, Löschen und Einfügen von Textfragmenten an einem bestimmten Ort) sowie das Speichern von Text in einer Datei auf einem physischen Datenträger erforderlich.

Zusätzliche Funktionen, die moderne Textverarbeitungsprogramme unterstützen, sind längst zum De-facto-Standard für die Erstellung von Software dieser Klasse geworden:

□ Textformatierung – Ändern der Schriftart und der Parameter (Zeichen- und Hintergrundfarbe, Größe, Durchstreichung, Unterstreichung, Abstand zwischen Zeichen und andere Parameter);

□ Absatzformatierung – Ausrichtungsparameter ändern, Nummerierung, Listen erstellen;

□ Seitenformatierung – Paginierung, automatisch und zufällig, Änderung der Spaltenanzahl, Erstellung von Abschnitten;

□ Suche und Ersetzung von Fragmenten im Dokumenttext;

□ Dokumentendruck;

□ Weiterleitung eines Dokuments per E-Mail an den Adressaten;

□ Mittel zur Zusammenarbeit an Dokumenten (Überprüfung);

□ Einfügen von Bildern, Grafiken und Diagrammen in ein Dokument;

□ Automatisierung der Dokumentenverarbeitung – Mittel zum Einfügen eines Inhaltsverzeichnisses, Fußnoten, Zitaten, Bibliographie, Mittel zur Bildung der Dokumentstruktur;

□ Dokumentenexport in verschiedene Formate – besonders wichtig ist der Export in das plattformübergreifende HTML-Format.

□ Mittel zur Programmierung von Funktionen in einer integrierten Programmiersprache.

In Abb. Abbildung 15.4 zeigt die Fenster zweier Textverarbeitungsprogramme. Das erste (Word) ist im Standard-Softwareprodukt von Microsoft Office enthalten, das zweite (Writer) ist im kostenlosen Softwareprodukt OpenOffice.org enthalten. Es ist ersichtlich, dass die beiden Hauptsymbolleisten dieser Textverarbeitungsprogramme funktionell fast vollständig übereinstimmen.

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OpenOffice.org writez\

Die Hauptfunktion einer Tabellenkalkulation besteht darin, Daten in typisierten Zellen zu speichern, die es Ihnen ermöglichen, auf eine Dateneinheit zuzugreifen, indem Sie sie über den Namen (Nummer) der Spalte (Zeile) adressieren, und die Daten auch zu verarbeiten, indem Sie arithmetische Operationen daran ausführen oder sie als Argumente übergeben zu integrierten Funktionen.

Zusätzliche Funktionen einer Tabellenkalkulation ähneln fast den Funktionen eines Textverarbeitungsprogramms: Textformatierung, Einfügen von Bildern und verschiedenen Objekten, Stil- und Farbformatierung von Text, Hintergrund und Tabellenraster, sowohl bedingungslos (Formatierung eines ausgewählten Fragments) als auch bedingt (abhängig von die Werte in diesen oder anderen Zellen). Zu den zusätzlichen Funktionen von Tabellenkalkulationen gehört außerdem die Erweiterung ihrer Funktionalität durch spezielle Add-ons, die für die Durchführung statistischer, finanzieller, wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Berechnungen und Experimente mit Daten entwickelt wurden. Wie bei Textdokumenten ist auch bei Tabellenkalkulationen die Möglichkeit zum Export in verschiedene Formate, insbesondere HTML, und zum Drucken von Tabellen wichtig.

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Reis. 15.5. Tabellenkalkulationen

Das kostenlose Calc-Programm und das proprietäre Excel-Programm sind im Funktionsumfang nahezu identisch. Alles, was Sie in Microsoft Excel tun können, können Sie auch in Calc erledigen. In Calc erstellte Dokumente können im Excel-Format gespeichert und in Excel erstellte Dokumente in Calc geöffnet werden. Von vollständiger Identität und vollständiger Kompatibilität können wir jedoch nicht sprechen: Einige Vorgänge (z. B. korrekte Wiederherstellung von Links zu anderen Blättern und Arbeitsmappen), die Microsoft Excel unterstützt, werden in Calc nicht unterstützt. Auch auf der Ebene der Anwendungsprogrammierung besteht eine Inkompatibilität: Die integrierten Sprachen in diesen beiden Programmen sind unterschiedlich, sodass Microsoft Excel-Makros in Calc nicht funktionieren.

Um uns nicht weiter zu wiederholen, sei darauf hingewiesen, dass diese Art unvollständiger Kompatibilität sowohl in der Funktionalität als auch in den integrierten Automatisierungsmechanismen für alle Programme zweier Pakete charakteristisch ist: Microsoft Office und OpenOffice. Org.

Präsentationsprogramme

Präsentationen wurden nicht sofort zu einem integralen Bestandteil der Office-Suite. Die ersten Office-Suiten enthielten nur Textverarbeitungsprogramme und Tabellenkalkulationen; in einigen Fällen enthielten Office-Suiten ein Tool zum Erstellen von Dokumentenordnern und einige andere. Mit der Weiterentwicklung der Multimedia- und Projektorausrüstung wurde jedoch der Bedarf an einer prägnanten, visuellen, schön gestalteten und mit Diagrammen und Grafiken illustrierten Darstellung von Informationen immer deutlicher. So entstand das Genre der Computerpräsentation und mit ihm Programme zur Erstellung von Präsentationen.

Als Hauptfunktionalität des Präsentationserstellungsprogramms sollte die Möglichkeit angesehen werden, Computerpräsentationen in verschiedenen Modi zu erstellen, zu entwerfen und abzuspielen.

Zu den zusätzlichen Funktionen gehören:

□ das Vorhandensein einer großen Anzahl und Vielfalt an visuellen und akustischen Effekten, die beim Übergang zwischen den Folien und von einem Teil der Folie zum anderen reproduziert werden;

□ Erstellung eigenständiger Präsentationen, also Präsentationen, die unabhängig vom Basisprogramm reproduziert werden (dies kann eine ausführbare Datei, aber auch eine Flash- oder PDF-Datei sein);

□ ein entwickeltes Vorlagensystem und eine umfangreiche Bildersammlung;

□ Interaktion mit Präsentationsgeräten;

□ die Fähigkeit, komplexe Multimedia-Objekte umzusetzen und einfach zu verwalten.

In Abb. Abbildung 5.6 zeigt Programme zum Erstellen von PowerPoint-Präsentationen aus dem Microsoft Office-Paket und Impress aus dem Produkt OpenOffice.org.

Reis. 15.6. Präsentationen erstellen

15.6.2. Projektmanagementprogramme

Eines der beliebten Tätigkeitsfelder von Führungskräften verschiedener Führungsebenen in der Wirtschaft ist heute das Projektmanagement. Die Methode des Projektmanagements, bei der eine Reihe miteinander verbundener Geschäftsaufgaben als ein einzelnes Projekt mit einem genau definierten zeitlichen Anfang und Ende, Budget, Personal der Ausführenden und vollständiger Aufgabenverteilung betrachtet wird, hat sich in vielerlei Hinsicht als wirksam erwiesen : Es ist gut algorithmisiert, standardisiert und lässt sich leicht von einem Ort in einen anderen übertragen.

Es überrascht nicht, dass Projektmanagement-Tools sowohl für Führungskräfte der oberen als auch der mittleren Ebene eine recht verbreitete Softwareklasse sind. Das bekannteste Projektmanagement-Softwareprodukt ist sicherlich Microsoft Project, sowohl in der Desktop- als auch in der Serverversion. Mit diesem Produkt können Sie sowohl einzelne kleine und mittlere Projekte als auch Pakete von Projekten auf Unternehmensebene verwalten, die zu einem Portfolio zusammengefasst sind.

Für das Projektmanagement sind folgende Fähigkeiten erforderlich:

□ Ressourcen bestimmen (festlegen), einschließlich materieller, finanzieller, personeller, zeitlicher usw.;

□ Arbeit (Aufgaben) definieren und ihre Hierarchie und Verbindung festlegen;

□ Projektbudgets für verschiedene Abschnitte (Zeit, Ressourcen, Arbeit) entwickeln und verfolgen;

□ Ressourcen und Arbeit effektiv verteilen, die Erledigung von Aufgaben und den Ressourcenverbrauch verfolgen und kennzeichnen;

□ Erhalten Sie Projektfortschrittsberichte in verschiedenen Formen (Gantt-Diagramme, Zeitplan, Budgets, wöchentliche oder tägliche Präsentationen);

□ Erstellte Projektkonfigurationen flexibel neu aufbauen.

15.6.3. Client-Programme für die Arbeit mit Internetdiensten

Der bekannteste Internetdienst, aus dem das World Wide Web (WWW) besteht, arbeitet über das HTTP-Protokoll. Dieser Dienst wird von Programmen verwendet, die Internetbrowser oder Internetbrowserprogramme genannt werden. Die Aufgabe des Internetbrowsers besteht darin, Internetseiten von einer bestimmten Adresse zu laden, sie korrekt anzuzeigen, die Interaktion des Benutzers mit aktiven Elementen der Internetseite sicherzustellen, das erforderliche Sicherheitsniveau aufrechtzuerhalten und die vertraulichen Informationen des Benutzers zu schützen. Die beliebtesten Programme dieser Klasse sind heute Microsoft Internet Explorer und das kostenlose Softwareprodukt Mozilla Firefox; die Popularität eines anderen Browserprogramms, Google-Chrome, nimmt rasant zu. Die Fenster dieser drei Browser sind in Abb. dargestellt. 15.7.

Die Abbildung zeigt, dass zumindest äußerlich kein einziger Browser besondere Neuerungen eingeführt hat. Es sei darauf hingewiesen, dass das offene Entwicklungsmodell, in dem Mozilla FireFox erstellt wird, seine Vorteile hat: Während der Existenz dieses Programms wurden von Freiwilligen Zehntausende zusätzliche Module dafür entwickelt. Diese Module erweitern die Funktionalität des Mozilla Firefox-Browsers erheblich. Mit einigen Modulen können Sie die Art und Weise, wie Informationen im Programmfenster dargestellt werden, vollständig ändern (Abb. 15.8).

Das FTP-Netzwerkprotokoll ist für den Empfang von Dateien von IP-Servern konzipiert, während FTP-Server als eine Art Dateilager fungieren. Heutzutage gibt es praktisch keine speziellen Client-Anwendungen, die mit diesem Protokoll arbeiten, da alle Internetbrowser in der Lage sind, FTP-Verzeichnisse zu lesen und Dateien von ihnen auf den Computer des Benutzers herunterzuladen. In Abb. 15.9 können Sie sehen, wie dasselbe FTP-Verzeichnis im Konqueror-Dateimanager und im Internet Explorer aussieht.

Die Abbildung zeigt, dass moderne Tools für die Arbeit mit FTP-Servern Remote-Netzwerkordner genauso reproduzieren wie lokale Verzeichnisse auf einer Festplatte. Wenn der Benutzer über die entsprechenden Rechte verfügt, ist der Unterschied zwischen Netzwerk- und lokalen Dateien praktisch aufgehoben: Sie können sie öffnen , Bearbeiten, Ausschneiden, Kopieren und Ziehen von Dateien und Ordnern von Ihrer Festplatte auf einen Remote-Server und zurück.

E-Mail

E-Mail ist eines der gebräuchlichsten Mittel zum Austausch persönlicher und geschäftlicher Informationen im Internet. Es gibt eine Menge Software für die Arbeit mit E-Mails. Zu den bekanntesten E-Mail-Clients mit grafischer Benutzeroberfläche zählen offenbar die kommerziellen Programme Microsoft Outlook und The Bat sowie das kostenlose Programm Mozilla Thunderbird. In Abb. 15.10 können Sie Microsoft Outlook- und Mozilla Thunderbird-Fenster sehen.

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Reis. 15.10. E-Mail-Clients zum Empfangen und Senden von E-Mails

Für ein modernes E-Mail-Programm reicht die Fähigkeit, Nachrichten zu empfangen und zu senden, allein nicht aus, um der Konkurrenz auf dem Markt für ähnliche Programme standzuhalten. Darüber hinaus müssen die folgenden Funktionen unterstützt werden:

□ Empfangen und Senden von Nachrichten nicht nur im Textformat, sondern auch in anderen Formaten (z. B. HTML);

□ Senden von Anhängen;

□ Reproduktion multimedialer Inhalte;

□ Suche innerhalb der Kopfzeilen, Themen und Texte von Nachrichten;

□ Pflege einer Adressdatenbank;

□ Erstellung zusätzlicher Ordner;

□ Durchführen automatischer Vorgänge bei eingehenden E-Mails, einschließlich deren Ablage in verschiedenen Ordnern je nach zugewiesenen Filtern;

□ Schutz vor gefährlichen Inhalten in einer Nachricht oder einem Anhang.

Instant-Messaging-Dienste

Instant-Messaging-Dienste (Internet-Messenger) erfreuen sich seit ihrer Einführung bis heute einer beispiellosen Beliebtheit bei Internetnutzern. Der erste und bekannteste ist der ICQ-Dienst. Etwas weniger bekannt sind das Format und die Anwendungen, die das Jabber-Protokoll unterstützen. Mobiltelefonnummer und ICQ-Nummer sind zu ebenso integralen persönlichen Identifikationsmerkmalen geworden wie die Passnummer. Mit Instant-Messaging-Diensten können Sie Nachrichten in einem Fenster austauschen und gleichzeitig Dateien aneinander senden
(zum Beispiel Fotos). Unter den zusätzlichen Funktionen, die Instant-Messaging-Dienste implementieren, können wir beispielsweise die Organisation von Konferenzen und den Gruppenchat (gleichzeitige Konversation mehrerer Personen, die in einem Fenster angezeigt werden) hervorheben.

Heutzutage gibt es eine ganze Reihe von Programmen, die Instant Messages unterstützen, und alle sind entweder kostenlos oder kostenlos, aber mit Werbung. In Abb. Abbildung 15.11 zeigt die Fenster der Programme Kopete und QIP, die gleichzeitig die Formate Jabber und ICQ unterstützen.

Reis. 15.11. Internet-Pager

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Peer-to-Peer-Netzwerke Peer-to-Peer-Netzwerke (Peer to Peer, P2P) benötigen keinen Server. Der Zweck dieses Dienstes ist der direkte Dateiaustausch zwischen Netzwerkteilnehmern. Der Betrieb von Peer-to-Peer-Netzwerken basiert auf der Tatsache, dass jeder Client auch ein Server ist. Wenn jemand eine interessante Datei hat, teilt er dem Programm mit, dass er diese Datei ins Netzwerk stellen möchte, und benachrichtigt dann interessierte Personen darüber. Das Programm zerlegt die Datei in kleine Teile, und andere Personen, die diese Datei herunterladen, stellen gleichzeitig die „Teile“, die sie bereits heruntergeladen haben, den nächsten Clients zur Verfügung. Dadurch wird erreicht, dass die Belastung des Netzwerks optimiert wird und kein einzelner Server in einem Peer-to-Peer-Netzwerk vorhanden ist. Zu den bekanntesten Programmen zur Organisation von P2P-Netzwerken gehört pTorrent, ein Client-Programm, dessen Fenster in Abb. 15.12. Das Hauptproblem von Peer-to-Peer-Netzwerken besteht darin, dass elektronische Informationsprodukte (Programme, Filme, Bücher und Musik) häufig unter Verletzung des Urheberrechts über sie verbreitet werden.

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15.6.4. Programme für wissenschaftliche Forschung und Berechnungen

Spezialisierte Software zur Durchführung wissenschaftlicher Forschung, zum Sammeln wissenschaftlicher (experimenteller) Statistiken und zur Durchführung spezieller wissenschaftlicher Berechnungen auf der Grundlage der gesammelten Daten ist nicht so bekannt wie beispielsweise Software für die Arbeit im Internet, Büro- oder Multimedia-Software. Einer der Bereiche der wissenschaftlichen Forschung, in denen spezialisierte wissenschaftliche Software weit verbreitet ist, ist die Bioinformatik, die eng mit der Entschlüsselung des menschlichen Genoms und der anschließenden Konstruktion von Genmodellen (Gentechnik) zur Lösung von Problemen in Medizin, Gesundheit und Landwirtschaft verbunden ist . Mit dem Programm Avogadro können Sie beispielsweise erstaunliche 3D-Modelle von Molekülen erstellen (Abbildung 15.13).

Am häufigsten sind Programme für allgemeine mathematische, statistische und physikalische Berechnungen (Beispiele für solche Programme: STATISTICA, MathCad, MathLab, MATHEMATICA). Der dritte Typ in Bezug auf die Anzahl der Programme sind Programme zur astronomischen Modellierung und astronomischen Berechnungen.

15.6.5. Bildungsprogramme

Der Trend, Computertechnologie in den Bildungsprozess zu integrieren, wird heute immer deutlicher, während gleichzeitig die Entwicklung von Software, die speziell auf den Bildungsprozess ausgerichtet ist, aktiv im Gange ist. Software für den Bildungsprozess lässt sich in drei Hauptgruppen einteilen:

□ für Interaktion;

□ zur Wissensvermittlung zu bestimmten Themen;

□ für Computertests und Schulungen.

Programme zur Interaktion

Mithilfe moderner Soft- und Hardware kann ein Lehrer seinen Desktop auf den Monitoren der Schüler vorführen und die Desktops der Schüler auf seinem Computermonitor sehen. Mit denselben Tools können Schüler gegenseitig auf die Desktops zugreifen. Typischerweise funktioniert dieser Mechanismus effektiv innerhalb einer Klasse innerhalb eines lokalen Computernetzwerks, kann aber bei gutem Netzwerkkanaldurchsatz auch in globalen Netzwerken oder im Internet effektiv sein. Dadurch entsteht eine verteilte Lernumgebung, in der alle Teilnehmer auf die Desktops der anderen zugreifen können. Ein Beispiel für Software, die diese Prinzipien umsetzt, ist das Softwareprodukt NetOp School von Axis Projects.

Programme zur Wissensvermittlung in bestimmten Fächern

Programme dieser Art ermöglichen Ihnen in interaktiver Form den Erwerb von Kenntnissen in einem bestimmten Studienfach oder in einem bestimmten Wissensbereich. Heutzutage gibt es viele solcher Programme, sowohl kommerzielle als auch kostenlose. Als Beispiel nennen wir das Programm „Interaktives Periodensystem“, mit dem Sie umfassende Informationen zu jedem Element des Periodensystems erhalten (Abb. 15.14).

Programme für Computertests und Schulungen

Mittlerweile gibt es eine große Vielfalt an Programmen für Computertests und -schulungen, sowohl frei verfügbar als auch kostenpflichtig, von einfachen Programmen mit Antworten auf ein Dutzend Fragen mit einer einzigen Auswahlmöglichkeit bis hin zu leistungsstarken Systemen für Computertests und Qualifikationsbestätigungen mit Netzwerkregistrierung Große Auswahl an Aufgabenmethoden für Fragen und Antworten sowie eine Datenbank mit Fragen, die aus Zehntausenden verschiedener Optionen besteht.

Professionelle Computertestsysteme verfügen außerdem über integrierte Intelligenz. Wenn Sie während der Umfrage eine Frage nicht richtig beantworten können, wird sie erneut, jedoch umformuliert, gestellt. Sollte die Antwort erneut falsch sein, beginnt das System mit der Überprüfung Ihres Wissens zum gesamten Thema.

Bildungsbetriebssystem Russlands

In Russland wurde 2008 die Entwicklung und Erprobung einer Linux-Distribution für den Bildungsbereich abgeschlossen, die den allgemeinen Namen „School Linux“ erhielt. Diese Bildungsdistribution, die auf den Lösungen Alt Linux Desktop und Alt Linux Server basiert, ist in mehreren Versionen erhältlich:

□ Master – die umfassendste Version, konzipiert für eine „gute“ Hardwareplattform (mit RAM 2 GB und mehr);

□ Junior – die gebräuchlichste Lösung, die für die meisten Schulcomputer gedacht ist, unterscheidet sich von der Master-Version nur durch das Fehlen der ressourcenintensivsten Pakete wie Eclipse;

□ Lightweight – eine spezielle Lightweight-Lösung für ältere Computer mit RAM von 512 bis 128 Byte;

□ Terminalserver – eine Lösung für einen leistungsstarken Computer und eine Klasse alter Computer mit RAM von 32 bis 64 MB;

□ Server – eine Serverlösung mit einer Reihe von Bildungsserversoftware, die für die Integration von Schulcomputern in ein Netzwerk mit einem einzigen Gateway, Inhaltsfilterung des Datenverkehrs, Tools für kollektive Interaktion (Media Wiki) und E-Learning (Moodle) entwickelt wurde.

Die Bildungsdistribution enthält ein umfassendes Set an Office-, System- und Netzwerkprogrammen für jeden Geschmack. Darüber hinaus umfasst die Bildungsverteilung viele spezialisierte wissenschaftliche, pädagogische und pädagogische Anwendungen. Eine leistungsstarke Basis an Entwicklungstools ermöglicht es den Studierenden, eine Vielzahl von Programmiertechniken und Programmdesign in verschiedenen Programmiersprachen und in unterschiedlichen Umgebungen zu beherrschen.

15.6.6. Programme zur Organisation der Arbeit von Bildungseinrichtungen

Programme zur Computerisierung der Verwaltung des Schulprozesses und zur Erleichterung der Arbeit der Schulverwaltung, zur Interaktion mit den Eltern, zur Aufzeichnung verschiedener Ereignisse im Leben der Schüler, zur Überwachung ihres Gesundheitszustands und zur Unterstützung des Bildungsprozesses (Computerklassentagebuch, Computertagebuch, Online-Elterntreffen). ) werden seit langem entwickelt und verwendet, sind aber überwiegend ausländischen Ursprungs. Allerdings weichen die Standards und formalen Kriterien in manchen Tätigkeitsfeldern bekanntlich voneinander ab. Dies geschah bei Buchhaltungsprogrammen, die für unser Land praktisch „von Grund auf neu“ erstellt werden mussten, und dies geschah auch bei Programmen zur Verwaltung der Arbeit einer Schule oder Universität: Strukturen von Bildungseinrichtungen, Bewertungskriterien, Einschreibung, Einteilung in Gruppen und die Disziplinen erwiesen sich als zu unterschiedlich. Und der Rechtsrahmen förderte lange Zeit nicht die Entwicklung solcher Programme.

Die allerersten Softwareprodukte, die der Verwaltung einer Bildungseinrichtung das Leben erleichterten, waren Programme zur Unterrichtsplanung unter Berücksichtigung der Arbeitsbelastung von Lehrern, Klassenräumen, Fächern und anderen Parametern. Diese Programme erforderten keine Kenntnis besonderer Standards und Dokumente; die Lösung des Problems der Ressourcenzuweisung im Laufe der Zeit ist reine Mathematik. Eine der erfolgreichen Implementierungen solcher Programme, Rector, ist in Abb. dargestellt. 15.15.

Das Leben und die Verwaltungsaufgaben einer Bildungseinrichtung beschränken sich jedoch nicht nur auf die Terminplanung. Thematische Unterrichtsplanung, Anwesenheits- und Leistungserfassung, verschiedene Schulveranstaltungen, Elternkontakte – all das bedarf auch einer gewissen Programmunterstützung. Eine solche Unterstützung ist im Net-School-Programm implementiert (Abb. 15.16).

Dieses System automatisiert viele Schulverwaltungsfunktionen. Es kann jedoch nicht frei in der Schule verwendet werden

Prozess, und es geht nicht um die Programmierung, sondern um die rechtliche und finanzielle Registrierung vieler Vorgänge: Es entsteht das Problem der Schulzeitschrift, die zweimal vervielfältigt werden muss, in elektronischer Form und in Papierform; Das Problem der Finanzierung der Verteilung von Berichten an Eltern in Form von SMS-Nachrichten ist nicht gelöst.

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Reis. 15.15. Terminplanung im Rektorprogramm

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Reis. 15.16. ScNet-School

15.6.7. Multimedia-Programme

Zur Klasse der Multimedia-Software gehören Programme, mit denen Sie Multimedia-Daten, also Daten, die stationäre und bewegte Bilder und Ton enthalten, erstellen, bearbeiten, speichern und abspielen können. Zur Multimedia-Software gehören eine Reihe sehr beliebter Programme: Grafikeditoren für Rasterformate Adobe Photoshop und GIMP, Vektorgrafikeditoren Corel Draw und Corel Xara, Programme zum Erstellen und Bearbeiten von Flash-Animationen, Programme zum Arbeiten mit Ton und eine Reihe von Multimedia-Format-Playern , vom Bildbetrachter bis zum DVD-Player.

15.6.8. Buchhaltungsprogramme

Buchhaltungsprogramme stellen eine riesige Klasse von Anwendungen dar. Dabei kann es sich sowohl um eigenständige Softwareprodukte als auch um in das Informationssystem eingebundene Softwaremodule handeln. Unter den inländischen Buchhaltungsprogrammen ist 1C: Accounting das bekannteste Programm. Einst als autonome Softwareumgebung für Buchhaltungsberechnungen gestartet, hat es sich mittlerweile in ein Informationssystem umgewandelt, das Module für Personalakten (1C-Personal), Lagerbuchhaltung (1C-Lager) und die Planung der Finanzaktivitäten von Industrieunternehmen (1C-) umfasst. Unternehmen) und Handelsunternehmen (1C-Handel). Dieses Softwareprodukt ist kommerziell.

Unter der kostenlosen Software gibt es auch eine Lösung zur Automatisierung der Buchhaltung und Wirtschaftsbuchhaltung von Unternehmen (Ananas), die sich bei richtiger Anwendung in vielen Fällen als sinnvoller erweisen kann als das recht teure 1C-System, das eine spezielle Schulung erfordert.

15.6.9. Programme für Finanzberechnungen und Prognosen

Der Hauptzweck solcher Programme besteht darin, Finanzberechnungen durchzuführen. Solche Programme können folgende Funktionen ausführen:

□ Entwicklung eines Geschäftsplans für das Unternehmen;

□ Geschäftsentwicklungsdesign;

□ Analyse der Finanzlage des Unternehmens auf der Grundlage seines Jahresabschlusses;

□ Berechnung von Finanzkennzahlen;

□ Berechnung der Bonität des Kreditnehmers;

□ Erstellung des Jahresberichts des Unternehmens;

□ Vergleich der Finanzlage des Unternehmens mit konkurrierenden Unternehmen;

□ Analyse der Rentabilität, Zahlungsfähigkeit, Liquidität und Finanzstabilität;

□ Analyse der geplanten Investitionsaktivitäten.

Ein Beispiel für diese Art von Software ist das Softwarepaket Expert Systems: Project Expert, Audit Expert und Prime Expert. Mit diesen Programmen können Sie alle genannten Arten von Finanzanalysen und -planungen durchführen und dabei die Risiken und Chancen des Unternehmens bewerten.

15.6.10. Software für technisches Design

Softwarepakete sind aus der modernen Industrie und dem Baugewerbe nicht mehr wegzudenken. Der Zeitpunkt der Entwicklung und Freigabe von Produkten sowie der Zeitpunkt der Entwicklung der Entwurfsdokumentation für den Bau von Gebäuden werden im Wettbewerb entscheidend. Moderne computergestützte Konstruktionssysteme ermöglichen es, Zeichnungen von Teilen, Baugruppen und Geräten sofort in dreidimensionaler Form am Computer zu erstellen und sofort Berechnungen zu Festigkeit, Verschleißfestigkeit und anderen bestimmenden technischen Eigenschaften durchzuführen. Die bekanntesten Programme dieser Klasse sind Autodesk Autokad in allen Modifikationen, das computergestütztes Design von mechanischen Teilen bis hin zu chemischen Verbindungen ermöglicht, und Graphisoft ArchiCAD, das für architektonisches Design konzipiert ist.

Zusätzlich zu diesen sehr teuren Softwareprodukten gibt es eine ganze Reihe verschiedener Spezialprogramme, sowohl kommerzielle als auch kostenlose.

15.6.11. Business-Programme

Unternehmenssoftware umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von Softwarepaketen:

□ Software zur Verwaltung des Betriebs eines Industrieunternehmens;

□ Prozesssteuerungssoftware;

□ Spezialsoftware für die Industrie;

□ Spezialsoftware für Produktionsarten;

□ spezialisierte Informationssysteme für Unternehmensarten;

□ Software für kleine Unternehmen;

□ Software für Netzwerkgeschäfte.

Für große und mittelständische Unternehmen sind vorgefertigte Ressourcenplanungssysteme (Enterprise Resource Planning – ERP) bereits zum Standard geworden. Die bekanntesten Softwarepakete dieser Klasse sind SAP R/3 der SAP AG und Oracle eBusiness Suite von Oracle. Von den russischen Softwarepaketen sind das Galaktika ERP-Paket der Galaktika Corporation sowie 1C: Enterprise am weitesten verbreitet.

ERP-Systeme haben sich aufgrund ihres modularen Aufbaus durchgesetzt, der eine flexible Konfiguration des Softwareprodukts an die Bedürfnisse jedes Unternehmens ermöglicht. Beispielsweise umfasst die Oracle eBusiness Suite Verwaltungssubsysteme: