Тема 40 Специализированных инструментальных средств и систем создания пакетов

В заключение данного раздела рассмотрим еще одну современную тенденцию разработки ППП. Она заключается в применении специализированных инструментальных средств и систем, позволяющих ускорить и упростить процесс создания пакета, а также снизить стоимость разработки. При этом особое внимание уделяется созданию системных средств, позволяющих использовать в качестве предметного обеспечения ППП написанные ранее прикладные программы.

Кроме того, инструментальные системы обычно реализуются таким образом, что их можно использовать в качестве базы (готовых компонентов) для системного обеспечения разрабатываемых пакетов (поэтому их иногда называют базовые инструментальными системами). Создание инструментальных средств, упрощающих разработку ППП в различных предметных областях, представляет собой одно из актуальных направлений системного программирования в пакетной проблематике.

При выборе метода реализации того или иного ППП следует учитывать особенности конкретной ситуации, в частности, имеющиеся в наличии людские и материальные ресурсы. Так пакет библиотечного типа, не являясь развитой системой с точки зрения рассмотренных требований, обладает, однако, тем преимуществом, что входной язык и системное обеспечение такого пакета могут быть достаточно легко реализованы силами прикладного программиста.

Поэтому в случае, когда подобный пакет удовлетворяет конкретных пользователей, его разработка является вполне оправданной.

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 ППП 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.

Тема 41 Математические пакеты.

MATHCAD - универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения инженерных и научных расчетов. Основное преимущество пакета - естественный математический язык, на котором формируются решаемые задачи.

Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятого математического языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ. Пакет обладает широкими графическими возможностями, расширяемыми от версии к версии. Практическое применение пакета существенно повышает эффективность интеллектуального труда.

От других продуктов аналогичного назначения MATHCAD отличается ориентация на создание высококачественных документов (докладов, отчетов, статей) в режиме WYSIWYG (WhatYouSeeIsWhatYouGet). Это означает, что, внося изменения, пользователь немедленно видит их результаты и в любой момент может распечатать документ во всем блеске. Работа с пакетом за экраном компьютера практически совпадает с работой на бумаге с одной лишь разницей - она более эффективна. Преимущества MATHCAD состоит в том, что он не только позволяет провести необходимые расчеты, но и оформить свою работу с помощью графиков, рисунков, таблиц и математических формул. А эта часть работы является наиболее рутинной и мало творческой, к тому же она и время емкая и малоприятная.

Для тех, кто работает в группах, предусмотрены средства коллективной работы. Возможна поддержка связи с удаленными пользователями по электронной почте: рабочее пространство в стандартном формате, как и электронное сообщение, можно пересылать непосредственно из программы. Так же при интеграции с информационной системой WorldWideWeb, позволяющая экспортировать и импортировать рабочие документы в Internet, просматривать по WWW- сообщения и осуществлять гипертекстовые переходы для доступа к информации.

Система MathCAD содержит текстовый редактор, вычислитель и графический процессор.

Текстовый редактор - служит для ввода и редактирования текстов. Тексты являются комментариями, и входящие в них математические выражения не выполняются. Текст может состоять из слов, математических выражений и формул, спецзнаков. Отличительная черта системы – использование общепринятой в математике символики (деление, умножение, квадратный корень).

Вычислитель - обеспечивает вычисление по сложным математических формулам, имеет большой набор встроенных математических функций, позволяет вычислять ряды, суммы, произведения, определенный интеграл, производные, работать с комплексными числами, решать линейные и нелинейные уравнения, проводить минимизацию функции, выполнять векторные и матричные операции и т.д.. Легко можно менять разрядность чисел и погрешность интеграционных методов.

Графический процессор - служит для создания графиков. Он сочетает простоту общения с пользователем с большими возможностями графических средств. Графика ориентирована на решение типичных математических задач. Математический процессор заметно повышает скорость расчетов и вывода графиков, что существенно в связи с тем, что MathCAD всегда работает в графическом режиме. Это связано с тем, что только в этом режиме можно формировать на экране специальные математические символы и одновременно применять их вместе с графиками и текстом. MathCAD поддерживает работу со многими типами принтеров, а так же с плоттерами.

В настоящее время разработано и функционирует множество различных математических систем: Maple, Mathlab, Mathematica, Reduce, Derive, Theorist, Macsyma и др. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки, а также свои области применения.

В чем же отличие системы MathCAD от аналогичных?

Во-первых, в математических системах Reduce, Macsyma, Derive, Maple, Mathematica, Theorist в основном используются целочисленное представление и символьная обработка данных, а в Matlab преимущественно ориентированна на работу с массивами. MathCAD же изначально создавалась для численного решения математических задач (1988 г), и только в 1994 г. в нее были добавлены инструменты символьной математики из системы Maple, что постепенно превратило MathCAD в универсальную систему.

Во-вторых, запись задач в MathCAD наиболее приближена к записи их без использования компьютера, что существенно упрощает применение системы.

В-третьих, система MathCAD более доступна для массового пользователя: она в несколько раз дешевле своих аналогов (речь идет о лицензионных продуктах).

В-четвертых, система MathCAD - это, скорее, универсальная, чем специализированная математическая система. Так, для решения сложных задач в аналитическом виде лучше применять Maple, а для решения сложных задач линейной алгебры - Matlab и т.д.

В-пятых, MathCAD имеет встроенную систему автоматического пересчета и контроля единиц измерений в процессе вычислений. Допустим, мы определяем расстояние от одного объекта до другого как сумму отдельных расстояний с использованием различных единиц измерения (мили, футы, ярды, сантиметры). Система MathCAD автоматически произведет перерасчет всех расстояний и выдаст результат с заренее установленной единицей измерения.

В-шестых, MathCAD имеет достаточно мощную, но простую систему наглядного представления результатов расчета в виде различного рода графиков.

В-седьмых, MathCAD может взаимодействовать с другими приложениями. Например, данные программ Excel или Matlab могут непосредственно включаться в вычислительный поток системы MathCAD: здесь допускается управлять чертежами, выполненными в AutoCAD, использовать VisualBasic и OLE Automation для создания коммерческих приложений и многое другое.

Тема 42 Статистические ППП.

Большинство пакетов — такие, как RATS, SAS, STATA, TSP, SPSS, SORITEC, SYSTAT, были написаны до эры персональных компьютеров и ориентировались на технологию работы с большими ЭВМ. Фактически они представляли собой набор процедур на языке FORTRAN. Многие из этих пакетов и до сих пор включают части, написанные на FORTRANe, При перенесении на персональные компьютеры к набору процедур добавлялась надстройка в виде командного языка (или достаточно примитивной системы меню, за которой стоит командный язык) для управления вызовом процедур. В силу этого они уступают пакетам, специально написанным для PC (например, GAUSS, Microfit, MicroTSP, ЕViews,), по таким параметрам, как быстродействие, дизайн, интерфейс с пользователем, эффективность использования PC.

Пакеты, предназначенные для РС, написаны, как правило, на языке С, который позволяет запрограммировать более гибкий и эффективный интерфейс с пользователем. Однако пакеты, изначально написанные на FORTRANe, такие, как TSP, STATA, SPSS, SYSTATсоздавались и развивались в течение многих лет большими коллективами разработчиков и включают в себя огромное количество самых разнообразных методов.

Графические возможности представляются не очень существенным фактором при выборе пакета. Достаточно иметь графические средства, необходимые для анализа и понимания данных, моделей (например, графики остатков регрессии, автокорреляционная функция остатков, гистограмма остатков и т.п.), а их предоставляют практически все статистические пакеты. Больше внимания, на наш взгляд, следует уделить легкости получения необходимых графиков (например, сразу из меню пострегрессиоиного анализа) и интерактивным возможностям графического интерфейса (графический курсор, графический редактор и т.д.). Если же для отчета необходима презентационная графика, то лучше обратиться к специализированным графическим пакетам или к мощным табличным процессорам, например к Excel.

Рынок статистических пакетов достаточно обширен и достигает нескольких тысяч. Это профессиональные пакеты (SAS, BMDP), универсальные пакеты (STADIA, OLIMP, STATGRAPHICS, SPSS, STATISTICA,…), специализированные (BIOSTAT, MESOSAUR, DATASCOPE,…). Благодаря деятельности корпорации Софтлайн, являющейся дилером компании производителя StatSoft (USA), одним из наиболее известных в России пакетов для прикладного статистического анализа данных является пакет STATISTICA.

ППП STATISTICA - это универсальная интегрированная система, предназначенная для статистического анализа и визуализации данных, содержащая широкий набор процедур анализа для применения в научных исследованиях различных направлений, технике, бизнесе, учебном процессе.

Преимущества ППП STATISTICA перед другими статистическими пакетами, подчеркивающие целесообразность его использования в производственном процессе следующие:

с помощью реализованных в системе STATISTICA языков программирования (SCL, STATISTICA BASIC), снабженных специальными средствами поддержки, легко создаются законченные пользовательские решения и встраиваются в различные другие приложения или вычислительные среды;

переведен на русский язык и можно приобрести лицензионную, русифицированную версию, издано большое число книг с подробным описанием системы STATISTICA 5.0;

возможно расширение пользователем библиотеки функций, что позволит решать большинство задач по теории вероятностей;

реализован обмен данными между STATISTICA и Windows приложениями;

особую актуальность пакет приобретает при решении достаточно трудоемких, сложных с математической точки зрения, и громоздких в реализации методов многомерного анализа;

любая графическая и текстовая информация в STATISTICA может быть выведена в файл в формате RTF (RichTextFormat - расширенный текстовый формат), который открывается и редактируется в MicrosoftOfficeWord.

SAS (Windows)

Самый объемный из существующих пакетов. Охватывает прак-тически все области прикладной статистики и анализа данных. Имеет лучшие средства для работы с данными. В настоящее время является мощным средством для сбора, доставки, хранения и отображения информации. Однако за это приходится платить. PC-версия работает крайне медленно. Это один из наиболее распространенных пакетов, однако большинство пользователей не являются эконометристами, а представляют другие области социальных и естественных наук. Документация не ориентирована на экономистов. По набору современных эконометрических методов уступает специализированным эконометрическим пакетам. SASInstituteиздает журнал для пользователей SAS. Впрочем, аналогичные периодические журналы для своих пользователей издают также SPSS, GAUSS, STATA. Подробную информацию о SASможно найти по адресу http: //ww. sas. сот/.

GAUSS

Фактически является языком программирования с очень развитыми возможностями работы с матрицами. Непосредственно в языке отсутствуют эконометрические методы, но они доступны в виде обширных библиотек программ, написанных на GAUSS(см., например, http: //wtw. aptecb. com/links,html). Многие зконометристы предпочитают составлять программы для нестандартных методов на языке GAUSS, Отрицательной чертой является неразвитая диагностика ошибок. Подробную информацию о GAUSSможно найти по адресу http://wwff.aptech.cora/.

STATA

Пакет в значительной степени ориентировал на экономистов. Обладает широкими возможностями работы с данными. Удобен для работы с панельными данными. Легко осваивается. Подробную информацию о STATAможно найти но адресу http: / /www. stata. com/.

TSP

Пакет предоставляет широкие возможности для анализа временных рядов. Хороший раздел систем одновременных уравнений. Содержит полный раздел нелинейных моделей, обобщенный метод моментов GMM. Производит аналитическое дифференцирование. Хорошо документирован. Подробную информацию о TSPможно найти по адресу http://www.tsp.com/.

SPSS

Отличается удобной структурой Windows-интерфейса. Содержит большой набор разнообразных статистических методов. Имеет дилеров в Москве (http://www. spss.ru). Проводятся курсы для пользователей в Москве. Подробную информацию о SPSSможно найти по адресу http: //www. spss. com/.

Microfit386

Авторы — HashemPesaran, BahrainPesaran (специалист по про-граммированию и профессор статистики). Программа содержит ряд современных эконометрических методов. Некоторые из них являются особенностью программы. Легко осваивается.

EconometricViews

Является Windows-версией пакета MicroTSP, значительно пре-восходя DOS-версию по набору методов. Благодаря стройной и логичной идеологии построения Wmdows-интepфeйca очень прост в освоении, Содержит развитую подсказку (help), являющуюся, по существу, справочником по эконометрическим методам. Подробную информацию о EViewsможно найти по адресу httр://www.eviews.com/.