Записи с меткой «языка»

Вложенные процедуры и интегрирование по частям

Вложенные процедуры и интегрирование по частям
Теперь мы подошли к важному моменту, о котором читатель наверняка уже давно догадался — в составляемых пользователем процедурах можно использовать ранее составленные им (или кем-то еще) другие процедуры! Таким образом, Maple-язык позволяет реализовать процедуры, вложенные друг в друга. Для иллюстрации применения вложенных процедур рассмотрим операцию интегрирования по частям. Пусть нам надо вычислить интеграл:

где р(х) — выражение, представляющее полином.
Приведенный ниже пример подготовлен в реализации Maple 15 [38]. Вначале подготовим процедуру IntExpMonomialR, реализующую вычисление уже рассмотренного ранее интеграла, но рекурсивным способом:
 
Теперь составим процедуру для вычисления по частям нашего интеграла:

В этой процедуре имеется обращение к ранее составленной процедуре IntExpMonomialR. Обратите внимание на то, что в процедуре введено предупреждение об определенных проблемах, связанных с использованием функции degree (сообщение начинается с символов ###). Тем не менее процедура работает, в чем убеждают по крайней мере следующие примеры:

В заключение остается отметить, что данный пример в Maple V R4 дает неточный результат, хотя никаких сообщений об ошибках не выводится.

Преобразование выражений

Преобразование выражений
Еще одним мощным средством преобразования выражений является функция combine. Она обеспечивает объединение показателей степенных функций и преобразование тригонометрических и некоторых иных функций. Эта функция -может записываться в трех формах:
combine(f)
combinef(, n)
combine(f. n. optl. opt2. …)
Здесь f — любое выражение, множество или список выражений; n — имя, список или множество имен; optl, opt2, … — имена параметров. Во втором аргументе можно использовать следующие функции:

@@

abs

arctan

conjugate

exp

In

piecewise

polylog

power

product

Ps

radical

range

signum

trig

Примеры применения функции combine представлены ниже:

Эти примеры далеко не исчерпывают возможностей функции combine в преобразовании выражений. далее…

Понятие о контекстах

Понятие о контекстах
Для разрешения подобных противоречий в системе Mathematica введен особый механизм контекстов. Напомним, что под контекстом подразумевается некоторое разъяснение характера связанных с контекстом объектов. Другими словами, это означает, что с каждым объектом системы Mathematica (например, с переменными или функциями) связан некоторый контекст. Чисто внешне контекст задается в виде Имя_контекста (обратный апостроф в конце имени и есть признак контекста).
Итак, контекст фактически является некоторым признаком объекта. Каждый объект системы Mathematica имеет свой контекст, который записывается перед именем объекта (знак «’» при этом является разделителем). Обычно он не виден, но существует. Объекты с одинаковыми именами могут иметь разные контексты и действовать по-разному — то есть по контексту. Пользователям полезно усвоить такую аналогию: контексты — это как бы разные папки со своими именами, куда могут помещаться одноименные файлы-объекты. далее…

Безусловные переходы

Безусловные переходы
В целом, условные выражения в языке программирования системы Mathematica позволяют реализовать любой вид ветвления в программах. Однако иногда бывает полезно без лишних раздумий указать в программе явный переход к какой-либо ее части. Для этого используется оператор безусловного перехода Goto [tag]. который дает переход к тому месту программы, которое отмечено меткой Label [tag]. Возможны также формы Goto [expr] и Label [expr], где ехрr — вычисляемое выражение.
Применение оператора Goto иллюстрирует следующий пример:
(q = 2; Label[start]; Print[q]; q += 2;
If[q < 7, Goto[start]])
2
4
6
Здесь с помощью оператора Goto [start] организован цикл с возвратом на метку Label [start], действующий до тех пор, пока значение q меньше 7. При этом q меняется от начального значения 2 с шагом 2, причем добавление 2 к текущему значению q осуществляется укороченным оператором сложения q+=2.
Интересной особенностью языка программирования Mathematica является возможность создания переходов по значению вычисляемого выражения. далее…

Условные выражения и безусловные переходы

Условные выражения и безусловные переходы
Для подготовки полноценных программ помимо средств организации циклов необходимы и средства для создания разветвляющихся программ произвольной структуры. Обычно они реализуются с помощью условных выражений, позволяющих в зависимости от выполнения или невыполнения некоторого условия (condition) выполнять те или иные фрагменты программ.
Функция IF
Как у большинства языков программирования, условные выражения задаются с помощью оператора или функции IF. Система Mathematica имеет функцию If, формы которой представлены ниже:

  • If [condition, t, f] — возвращает t, если результатом вычисления condition является True, и f, если результат равен False;
  • If [condition, t, f, u ]—то же, но дает и, если в результате вычисления condition не было получено ни True, ни False.

Следующий пример показывает создание программной процедуры с циклом Do, выход из которой реализуется с помощью функции I f и директивы прерывания Aborted! ]:
х := 1; Print["i x"];
Do[{If [i == 5, Abort[], None],
i += 1; x += 2*i; Print[i, " ", N[x]]},
{i, 1, 100}]
i x
2 5
3 11.
4 19.
5 29.
$Aborted
Return[x]
Return[1]
Тот же пример, но с применением директивы выхода из цикла Break [] в функции If показан ниже:
х := 1; Print["i x"];
Do[{If [i == 5, Break[], None],
i += 1; x += 2*i; Print[i, " ", N[x]]},
{i, 1, 100}]
i x
2 5.
3 11.
4 19.
5 29.
Return[x]
Return[29]
В данном случае никаких специальных сообщений о выходе из цикла не выдается. Функция If обеспечивает ветвление максимум по двум ветвям программы. далее…

Организация циклов

Организация циклов
Многие задачи в системе Mathematica решаются с использованием линейных алгоритмов и программ. Они могут быть представлены непрерывной цепочкой выражений, выполняемых последовательно от начала до конца.
Однако в большинстве случаев серьезные вычисления базируются на использовании циклических и разветвленных алгоритмов и программ. При этом, в зависимости от промежуточных или исходных данных, вычисления могут идти по разным ветвям программы, циклически повторяться и т. д. Для реализации разветвленных программ язык программирования должен содержать управляющие структуры, то есть специальные конструкции языка, реализующие в программах ветвление. Они используются при различных методах программирования, в том числе при процедурном и функциональном программировании.
Циклы типа Do
К важнейшим управляющим структурам в языках программирования относятся циклы. С их помощью осуществляется циклическое исполнение некоторого выражения ехрr заданное число раз. Это число нередко определяется значением некоторой управляющей переменной (например, i, j и т. д.), меняющейся либо с шагом +1, либо от начального значения imin до конечного значения imax с шагом di. Циклы могут быть одинарными или множественными — вложенными друг в друга. далее…