Построение пакета прикладных программ "Численные методы решения задач математической физики"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Построение пакета прикладных программ «Численные методы решения задач уравнений математической физики»

Введение

Одним из условий эффективного внедрения вычислительной техники в практику является создание специализированных пакетов прикладных программ. Доступность и простота использования их создает предпосылки более широкого внедрения ЭВМ в инженерный труд, решение конкретных задач научной области, экономики, культуры, образования. Существующие пакеты прикладных программ охватывают почти все сферы человеческой деятельности связанной с обработкой информации.

Пакеты прикладных программ обычно строятся на базе специальных систем и являются дальнейшим их развитием в конкретном направлении. Они поставляются отдельно от программного обеспечения вычислительных средств, имеют свою документацию и не входят в состав операционных систем.

Прикладные программы предназначены для того, чтобы обеспечить применение вычислительной техники в различных сферах деятельности человека. Поэтому этот класс программ представляет наибольший интерес для массового пользователя компьютеров.

В нашей курсовой работе будет представлена построение пакета прикладных программ «Численные методы решения задач уравнений математической физики» и интеграция этого пакета в сетевую структуру.

1. Пакеты прикладных программ. Основные сведения и классификация

Пакет прикладних программ (аббр. ППП, Software package) - программный пакет, комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

Классификация.

Пакеты прикладных программ можно разделить на статические (С-пакеты) и динамические (Д-пакеты). В случае С-пакета сначала происходит построение прикладной программы (работает пакет-конструктор, или К-пакет), затем проводится расчёт (пакет-вычислитель, или В-пакет), после чего графический пакет (Г-пакет) выполняет визуализацию полученных данных. Работа В-пакета и Г-пакета может происходить параллельно. На практике С-пакеты более распространены, чем Д-пакеты.

В случае Д-пакета три вышеупомянутых этапа выполняются динамически в рамках единого процесса. Такой подход может быть эффективным, но разработка Д-пакета более трудоёмка, чем у С-пакета.

Из-за огромного разнообразия прикладного ПО существует множество вариантов его классификации. Рассмотрим наиболее общую классификацию прикладных программ. Разделим данное ПО на 2 больших класса:

Пакеты прикладных программ общего назначения. К таким относятся программы, обеспечивающие выполнение наиболее часто используемых, универсальных задач (текстовые редакторы, табличные процессоры, графические редакторы, СУБД и т.д.).

Пакеты прикладных программ профессионального уровня. Программы этого класса ориентируются на достаточно узкую предметную область, но проникают в нее достаточно глубоко (издательские системы, САПР - системы автоматизированного проектирования, программы 3D-графики, программы видеомонтажа, нотные редакторы, АСУ - автоматизированные системы управления и т.д.).

прикладной программа пакет

2. Математические и статистические пакеты прикладных программ

Одним из направлений внедрения информационных технологий в вузовское образование является применение прикладного программного обеспечения в учебном процессе. Применение пакетов прикладных программ обеспечит более эффективное усвоение студентами научных знаний. Эта эффективность проявится в возможности более быстрого усвоения студентами знаний значительно большего объема. Кроме этого само прикладное программное обеспечение является элементом научного знания и студент, овладевший большим количеством пакетов прикладных программ будет более конкурентоспособным и успешным на рынке труда.

Применительно к математическим и экономическим специальностям, усовершенствование учебного процесса в соответствии с требованиями времени должно проявляться во все большем использовании таких прикладных программных продуктов как MathCAD, MATLAB, Maple, NAG FORTRAN LIBRARY, статистических пакетов. Причем первые четыре пакета целесообразно использовать при ведении курсов по высшей математике, алгебре, математическому анализу, функциональному анализу, дифференциальным уравнениям и др. Статистические пакеты - при ведении таких курсов как: теория вероятностей и математическая статистика, статистика, многомерные статистические методы, эконометрика и др.

При решении задач или выполнении учебных заданий по перечисленным выше курсам студенты сталкиваются с трудностями, вызванными громоздкостью и сложностью вычислительных процедур, что в конечном итоге приводит к большим интеллектуальным усилиям и неоправданным временным затратам. Да и качество, и содержание решаемых задач не соответствуют требованиям времени. Они излишне модельные, отвлеченные от современных реалий, малой размерности, так как предназначены для ручного счета, в лучшем случае при помощи калькулятора. Применение статистических пакетов прикладных программ позволяет: улучшить содержательную часть решаемых задач; повысить эффективность учебного процесса за счет сокращения рутинных процедур, эффективного поиска правильного решения за счет быстрой, программной реализации большого количества альтернативных способов решения.

3. Язык программирования и среда разработки

Delphi - императивный, структурированный, объектно-ориентированный язык программирования, диалект Object Pascal. Начиная со среды разработки Delphi 7.0, в официальных документах Borland стала использовать название Delphi для обозначения языка Object Pascal. Начиная с 2007 года уже язык Delphi (производный от Object Pascal) начал жить своей самостоятельной жизнью и претерпевал различные изменения, связанные с современными тенденциями (например, с развитием платформы .NET) развития языков программирования: появились class helpers, перегрузки операторов и другое.

Object Pascal -- результат развития языка Турбо Паскаль, который, в свою очередь, развился из языка Паскаль. Паскаль был полностью процедурным языком, Турбо Паскаль, начиная с версии 5.5, добавил в Паскаль объектно-ориентированные свойства, а в Object Pascal -- динамическую идентификацию типа данных с возможностью доступа к метаданным классов (то есть к описанию классов и их членов) в компилируемом коде, также называемом интроспекцией -- данная технология получила обозначение RTTI. Так как все классы наследуют функции базового класса TObject, то любой указатель на объект можно преобразовать к нему, после чего воспользоваться методом ClassType и функцией TypeInfo, которые и обеспечат интроспекцию.

Object Pascal (Delphi) является результатом функционального расширения Turbo Pascal.

4. Построение пакета

4.1 Пакетная модуляризация

Пусть требуется разработать программное обеспечение для проведения расчетов в некоторой предметной области. И пусть множество различных задач, возникающих в этой области, достаточно велико. Тогда построение одной «единичной» «универсальной» программы, решающей все множество задач, оказывается, как правило, нерациональным. Такая программа будет иметь гигантские размеры и труднообозримую структуру. Тем самым не только усложнится процесс ее создания, но и появится серьезное препятствие на пути последующего развития программы.

Другой подход мог бы заключаться в реализации программы для каждой задачи. Он представляется чрезвычайно расточительным, поскольку из-за общности задач предметной области в текстах программ, построенных таким образом, неизбежно будут присутствовать совпадающие или близкие по содержанию части. Это означает массовое дублирование программного материала, которое крайне затруднит последующее сопровождение и развитие.

4.1.1 Пакет и библиотека

Чтобы четче определить специфику пакетного подхода, сопоставим его с другими конфигурационными решениями. Ближе всего к пакету стоит библиотека модулей, но между ними есть принципиальное отличие. При построении библиотеки не ставится цель покрытия предметной области, т. е. формирования конкретных приложений исключительно из хранящихся в библиотеке модулей. Как правило, в выполняемой программе библиотечные модули соседствуют с модулями, разрабатываемыми и хранимыми вне библиотеки. На такие модули, создаваемые специально для конкретной программы, помимо их основной, функциональной нагрузки ложатся обычно и все заботы по обеспечению межмодульного интерфейса.

Любая выполняемая программа должна целиком составляться из модулей пакета (что позволяет, в частности, использовать пакет людям, не знакомым с программированием). Поэтому здесь основные проблемы интерфейса, т. е. межмодульных связей по данным и управлению, должны быть решены на стадии проектирования пакета и не могут быть перенесены на стадию формирования конкретных выполняемых программ.

4.1.2 Пакет и универсальная программа

Наряду с сопоставлением «библиотека -- пакет» заслуживает внимания и параллель между пакетом и «универсальной» программой. На первый взгляд, отличие между ними невелико. Скомпоновав вместе все составляющие пакет модули и снабдив их небольшой управляющей надстройкой, мы получим эквивалентную пакету «универсальную» программу. А высекая из «универсальной» программы только составляющие, участвующие в конкретном расчете, мы получим, вообще говоря, такую же выполняемую программу, как и в случае сборки ее из выделенного подмножества модулей пакета.

На самом деле главными аргументами в пользу пакетного подхода являются не непреодолимые сложности построения универсальной программы и не компактность программ, формируемых из модулей пакета. Основное преимущество пакета в том, что его архитектура делает его открытым для расширения и модификации.

Открытость пакета прикладных программ основана на возможности его развития. Расширение класса решаемых пакетом задач достигается в основном за счет подключения к пакету дополнительных вновь создаваемых модулей. При этом не требуются изменения существующих модулей, т. е. не может пострадать работоспособность отлаженных ранее версий программ.

Заключение

ППП в настоящее время стали неотъемлемой частью программного обеспечения персональных компьютеров. Это объясняется большим набором функций для работы с данными, простотой освоения и работы.

В настоящее время, когда пользователь все больше обращает внимание на оперативность, наглядность предоставляемой информации, а для инженерно - технических работников все важнее становится обработка и хранение больших объемов данных, играют большую роль такие функции табличного процессора, как составление списков, сводных таблиц, возможность использования формул, копирование данных, форматирование и оформление, анализ и предоставление данных с помощью диаграмм и сводных таблиц, извлечение информации из внешних баз данных, обеспечение безопасности.

Этим же объясняется широкое применение их в различных областях деятельности человека. Они являются неотъемлемой частью информационных систем, которые облегчают доступ пользователя к информации по практически любой области науки, техники, культуры, здравоохранения, обучения. Постоянное совершенствование имеющихся пакетов электронных таблиц, появление новых делают работу с данными все более и более простой, доступной для пользователя любой квалификации.

В последнее время стало возможным в табличных процессорах создание гипертекстовых ссылок в таблице с целью перехода в другие файлы, находящиеся на компьютере пользователя, в локальной сети или в сети Internet. Данные и диаграммы можно сохранить как отдельную Web - страницу или добавлять к существующей странице.

Список использованной литературы

Информатика (В.А. Острейковский. Москва, "Высшая школа", 1999 год).

Математика и программирование (Ю.Г. Хацкевич. Минск, ТОО "ХАРВЕСТ", 1996 год).

Самоучитель работы на компьютере - 2-е издание (А. Левин. "Питер", 2003 год).

Справочник по информатике (К.А. Рывкин. Москва, "ОНИКС 21 век": "Мир и Образование", 2005 год).

5. Пакеты прикладных программ: Учеб. пособие для сред, проф. образования / Э.В. Фуфаев, Л.И. Фуфаева. - М.: Издательский центр "Академия", 2004.

6. Нил Дж. Рубенкинг. Язык программирования Delphi для «чайников».

7. Введение в Borland Delphi 2006 = Delphi for Dummies. -- М.: Диалектика, 2007. -- 336 с. -- ISBN 0-7645-0179-8

8. Хавьер Пашеку. Программирование в Borland Delphi 2006 для профессионалов = Delphi for .NET Developer's Guide. -- М.: Вильямс, 2006. -- 944 с. -- ISBN 0-672-32443-X

9. А.Н. Вальвачев, К.А. Сурков, Д.А. Сурков, Ю.М. Четырько. Программирование на языке Delphi. Учебное пособие. -- 2005.

Размещено на Allbest.ru