Пример выполнения лабораторной работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

Программирование в Ptc MathCAD prime

Цель работы. Приобрести навыки программирования в математическом пакете MathCAD.

Методические указания

Язык программирования MathCAD содержит все элементы языка высокого уровня, необходимые для математических расчетов. Будучи дополненным сотнями встроенных функций и операторов системы, возможностями численного и символьного расчета различных величин, он по эффективности не уступает профессиональным системам программирования.

Для написания процедур в системе MathCAD предусмотрена специальная вкладка «Программирование» пункта «Математика», содержащая все операторы и элементы языка (рис. 1).

Рисунок 1.

Операторы в процедуру вставляются с помощью кнопок этой вкладки (Рис.2).

Рисунок 2.

Основные операторы:

| – добавление новой строки в программу или создание заготовки процедуры из одной строки;

← – присвоение значения локальной переменной;

if – условный оператор. Позволяет в зависимости от условия выполнять или не выполнять те или иные действия;

else if- позволяет при невыполнении предыдущего условия проверить выполнение следующего условия;

else – используется сразу после оператора if и позволяет выполнить определенные действия при невыполнении условия в операторе if;

for – оператор создания цикла со счетчиком;

while – оператор создания цикла, выполнение которого продолжается до тех пор, пока выполняется указанное условие. continue – продолжить вычисления в цикле;

break – прервать вычисления в цикле;

return – оператор возврата значения;

Все внутренние переменные в процедуре являются локальными. То есть они будут видимыми только в рамках процедуры.

Создание процедуры

Технология создания процедуры-функциив рабочем документе MathCAD состоит из следующих шагов:

1. Ввести имя процедуры.

2. Указать список формальных параметров.

3. Ввести знак либо локального, либо глобального присвоения.

4. Выполнить команду| – добавление новой строки в программу. Появившейся на экране шаблон с вертикальной чертой и полями для ввода операторов будут составлять заготовку для тела процедуры. Вставка дополнительных строк осуществляется нажатием Enter.

5. Вписать операторы в шаблон-заготовку. Тело процедуры-функции может включать любое число операторов: локальных операторов присваивания, условных операторов и операторов цикла, а также вызовы других процедур.

6. Самоенижнее поле всегда предназначено для определения возвращаемого процедурой значения.

Линейные алгоритмы

Пример Требуется вычислить функцию

Разветвляющиеся алгоритмы

Для проверки условий в процедурах MathCAD служит оператор if . В поле ввода справа от if нужно ввести условие. Для ввода условий служит вкладка «Операторы» пункта «Математика»

В нижней части вкладки есть кнопки, предназначенные для проверки условий , а также кнопки, предназначенные для вставки логических операций (логическое отрицание, операция «и», операция «или», операция «исключающее или»). Вторые позволяют создавать сложные условия.

В поле ввода ниже if нужно ввести строку программы, которая должна выполняться, если введенное условие истинно.

Если для условия «истинно» необходимо выполнение нескольких строк, надо установить курсор в последнее знакоместо ветви if и нажать Enter. .

Для проверки выполнения нескольких условий используются ветви, начинающиеся с else if и else . После else if записывается следующее условие, число ветвей else if практически неограниченно. Операторы после else выполняются, если не выполнено ни одно из предыдущих условий.

Пример

Помимо оператора if существует также функция if, которая может применяться и в процедурах, и непосредственно в MathCAD-документе.Вводится функция if с клавиатуры в соответствии со следующим синтаксисом:

if (условие, выражение1, выражение2).

При выполнении условия (условий) вычисляется выражение1, в противном случае-выражение2.

Последний пример с использованием функции if.

Для реализации нескольких условий в качестве выражений 1 и 2 можно несколько раз использовать функции if, однако при этом теряется наглядность заложенного алгоритма.

Циклические алгоритмы

Для создания циклов в MathCAD предусмотрено два оператора for и while.

Цикл for – цикл со счетчиком.

В таких циклах создается некоторая переменная-счетчик, значение которой изменяется после каждого выполнения тела цикла. Выход из цикла происходит при достижении этой переменной заданного значения.. В поле ввода после слова for следует указать имя переменной – счетчика. Это может быть любое имя, которое не использовалось ранее в программе. Внутри цикла можно использовать эту переменную в любых выражениях, нельзя только присваивать ей никакого значения. В поле ввода после знака следует указать диапазон значений переменной-счетчика. Вводить диапазон в данном случае следует так же, как и при создании ранжированной переменной. В поле ввода под словом for следует ввести тело цикла.

Пример: Заполнить вектор числами от x_нач до x_кон с шагом h. Затем определить сумму элементов этого вектора и найти их среднее арифметическое значение.

Цикл while – цикл, который выполняется до тех пор, пока выполняется определенное условие.

В поле ввода справа от слова while следует ввести условие. Это условие строится по тем же правилам, что и в операторе if. Оно будет проверяться после каждого выполнения тела цикла и в тот момент, когда условие перестанет выполняться, повторение тела цикла прекратится. В поле ввода ниже слова while следует ввести тело цикла.

Пример. Найти первый элемент, превышающий определенный порог

Использование операторов break и continue.

Иногда возникает необходимость повлиять на выполнение цикла некоторым образом, например, прервать его выполнение по какому-либо условию или выполнять некоторые итерации не так, как другие. Для этого и служат операторы break и continue.

Оператор break, если он расположен внутри цикла, означает немедленное прекращение выполнения текущей итерации и выход из цикла.

Пример: Выделить из массива все элементы от начала и до первого вхождения в него заданного числа.

Рабочее задание

1. Создать процедуру вычисления функции согласно вариантам из табл. 1.

Вычислить ее значения при x=1;5;10.

Таблица 1.

№	Функция	№	Функция

2. Создать процедуру вычисления функции согласно вариантам из табл. 2.

Вычислить ее значения при заданном наборе данных.

Таблица 2

Вариант	Функция	Исходные данные
		a = 2.5; b = 0.4; t = 0; 0.1; 0.2
		a = -0.5; b = 2; t = 0.5; 1.5; 3
		a = 2.1; b = 1.8; c = -20.5; x = 2; 5; 7
		a = 1.5; x = 0.7; 1.3; 2
		a = 2.6; b = -0.39; x = 2.5; 3.5; 6.5
		a = 2.8; b = -0.3; c = 4; x = 0.6; 1.2; 1.8
		t = 2.2; x = 0.3; 1; 2.5
		a = 2.5; b = 1.5; x = 0.75; 1.5; 2.75
		a = 2.3; x = 0.7; 1; 1.5; 3
		a = 2.5 x = 1.75; 2.5; 3
		a = 20.3; x = 0.9; 2.7; 4
		a = 0.9; x = 0.4; 1.6; 2.8
		a = 1.7; b = 1.2; x = -5; 1.5; 4.5
		a = 2.6; b = -0.39 x = -2.4; 1.1; 2.8
		a = 1.25; b = 1.29; t = 0.4; 0.8; 1.2

3. Составить процедуру вычисления суммы ряда с известным количеством членов согласно вариантам из табл.3.

Таблица 3

Вариант	Для заданного n вычислить сумму (произведение) членов ряда
N	Сумма (произведение)