Программа исследования функций
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Основы алгоритмизации и программирования”
Выполнил: студент гр. 96ВВ3 Гаврищенко О.Н.
Пензенский государственный технический университет, Кафедра “Вычислительная Техника”
Введение
В настоящее время индустрия производства компьютеров и программного обеспечения для них является одной из наиболее важных сфер экономики развитых стран. Ежегодно в мире продаются десятки миллионов компьютеров. Только в США объем продаж компьютеров составляет десятки миллионов долларов и постоянно продолжает расти.
В чем же причины такого стремительного роста индустрии персональных компьютеров и их сравнительная выгодность для многих деловых применений?
1. Простота использования, обеспеченная с помощью диалогового способа взаимодействия с компьютером.
2. Относительно высокие возможности по переработке информации, наличие программного обеспечения, а так же мощных систем для разработки нового программного обеспечения.
Имеются и другие причины.
Язык С++ - универсальный язык общего назначения, область приложений которого - программирование систем в самом широком смысле. Кроме этого, С++ успешно используется как во многих приложениях, так и в мощных операционных системах. Реализация С++ осуществлена для машин в диапазоне от самых простых персональных компьютеров до самых мощных суперкомпьютеров и для всех операционных систем.
Постановка задачи
Задача курсовой работы состоит в разработки системы, позволяющей исследовать некоторые функций:
y = sin(x);
y = cos(x);
Cистема должна обеспечивать выполнение следующих функций:
Выбор из предложенного списка исследуемой функции;
Задание диапазона (диапазонов) изменения параметров;
Вывод значений функции на экран и при необходимости в файл, имя которого задаётся пользователем;
Вывод на экран графика функции.
Описание программы
Общие сведения
Данная программа предназначена для исследования математических функций (см. пункт 1). Программа do.cpp разработана на алгоритмическом языке Turbo C++ v.3.0., и предназначена для использования на персональном компьютере IBM PC/XT или совместимым с ним.
Краткое описание метода решения задачи
Работа с программой организована в графическом режиме 640х480 точек, 16 цветов через меню, по пунктам которого можно передвигать цветовой курсор с помощью клавиш управления курсором.
Основное меню описано при помощи массива структур menu_ на 5 элементов, который заначительно упрощает работу программы при обращении к этому меню. Каждый пункт основного меню (кроме "Выход") содержит в себе подменю, каждый пункт которого вызывает какие-либо действия программы.
Главное меню состоит из следующих пунктов:
"Функция" - выбор исследуемой функции;
"Диапазон" - задание минимального и максимального значения Х для отображения графика функции и занесения значений в таблицу;
"Масштаб" - задание масштаба по оси X;
"Таблица" - вывод значений функции на экран или в файл (имя файла задаётся пользователем), изменение числа выволимых значений;
"Выход" - завершение работы программы.
Программа разбита на функциональные модули, работой которых управляет основная программа. Опрос клавиатуры организован с помощью оператора getch(), который возвращает код нажатой клавиши, который затем анализируется программой. В зависимости от нажатой пользователем клавиши программа анализирует её код и производит выбор того или иного действия, выбор очередного пункта меню или подменю, выход из программы.
Функциональное назначение
Программа позволяет исследовать определённые заданием функции, построить их графики на любом отрезке их значений, занести значения функций в таблицу и вывести их на экран или в файл, программа также позволяет изменять масштаб отображаемой функции, изменять диапазон её значений.
Описание данных
Структура, массив которых образует меню, состоит из 3 полей:
1. num - поле целого типа (int) - содержит количество пунктов меню;
2. onum - поле целого типа (int) - содержит количество опрашиваемых пунктов меню;
3. capt - массив символов (по 20 символов на элемент) из 6 элементов - содержит имена пунктов меню.
Глобальные переменные,которые использует программа:
| Название | Тип | Начальное значение | Назначение |
| MinX | float | -4 | Начальное значение Х |
| MaxX | float | Начальное значение Y | |
| MX | float | Масштаб по оси Х | |
| MY | float | Масштаб по оси Y | |
| CF | int | Номер функции | |
| SC | int | Число строк в таблице |
Структура программы
Данная программа разработана на алгоритмическом языке С++ и состоит из следующих функциональных модулей:
1. Функция fun - Возвращает 0, если невозможно вычислить значение функции при заданном значении Х, иначе вычисляет значение Y и возвращает 1;
2. Функция output - Осуществляет вывод графика функции на экран с учётом всех параметров;
3. Функция use_scroll - Осуществляет обработку вертикального меню;
4. Функция use_menu - Осуществляет обработку главного меню;
5. Функция InputFloat - Осуществляет ввод вещественного числа в графическом режиме;
6. Функция InputString - Осуществляет ввод строки символов в графическом режиме;
7. Функция prttabl - Осуществляет вывод таблицы в файл или на экран;
8. Основная программа Main - Заполняет массив меню, организует взаимодействие всех функциональных модулей.
Спецификация на функциональные модули
Функция fun
Назначение: Возвращает 0, если невозможно вычислить значение функции при заданном значении Х, иначе вычисляет значение Y и возвращает 1;
Входные данные: x - значение переменной х, *y - имя функции.
Выходные данные: fun.
Не вызывает никаких функций.
Вызывается из output: rt=fun(x,&y);
prttabl: if (fun(x,&y)) fprintf (f,"Fun(%f)=%f\n\f",x,y);
2.6.2 Функция output
Назначение: Осуществляет вывод графика функции на экран с учётом всех параметров.
Входные данные: нет.
Выходные данные: нет.
Вызывает функцию fun.
Вызывается из основной программы: output();
В пункте 2.11 приведён алгоритм работы данной функции.
2.6.3 Функция use_scroll
Назначение: Осуществляет обработку вертикального меню - опрос клавиатуры, отображение пунктов подменю, передвижение курсора, при нажатии клавиши Enter возврвщает код выбранного пункта меню, при нажатии клавиши ESC возвращает -1.
Входные данные: menu_m - название массива меню, х-координата х вывода меню.
Выходные данные: use_scroll.
Не вызывает никаких функций.
Вызывается из основной программы: CF=use_scroll(fun,0);
switch (se_scroll(dia,105))
switch (se_scroll(mas,205))
switch (se_scroll(tabl,305))
2.6.4 Функция use_menu
Назначение: Осуществляет обработку главного меню - вывод пунктов меню на экран, отображение цветового курсора, при нажатии клавиши Enter возврвщает код выбранного пункта меню, при нажатии клавиши ESC возвращает -1.
Входные данные: menu_m - название массива меню.
Выходные данные: use_menu.
Не вызывает никаких функций.
Вызывается из основной программы: switch (use_menu(m1))
2.6.5 Функция InputFloat
Назначение: Осуществляет ввод и редактирование вещественного числа в графическом режиме, возвращает введённое число.
Входные данные: x1,y1,x2,y2 - координаты окна редактирования, last - текущее значение данного параметра.
Выходные данные:InputFloat.
Не вызывает никаких функций.
Вызывается из основной программы:MinX=InputFloat(210,30,310,45,MinX);
MaxX=InputFloat(210,50,310,65,MaxX);
MY=InputFloat(310,30,410,55,MY);
2.6.6 Функция InputString
Назначение: Осуществляет ввод и редактирование строки символов в графическом режиме, возвращает указатель на введённую строку.
Входные данные: x1,y1,x2,y2 - координаты окна редактирования,* last - указатель на строку.
Выходные данные: *InputString.
Не вызывает никаких функций.
Вызывается из основной программы: prttabl(Inputstring(410,30,510,45,"Prn"));
2.6.7 Функция PrtTabl
Назначение: Осуществляет вывод таблицы в файл или на экран.
Входные данные: *fname - указатель на имя файла, если имя файла "con" то вывод осуществляется на экран в текстовом режиме.
Выходные данные: нет.
Вызывает функцию fun.
Вызывается из основной программы: prttabl("con\x0");
prttabl(Inputstring(410,30,510,45,"Prn"));
2.7 Описание работы основной программы
Основная программа осуществляет следующие действия:
Заполнеие массива меню.
Установку начальных пунктов меню.
Установку графического режима, очистку экрана.
Вызов функции оформления экрана.
Опрос меню, вызов функций, соответствующих каждому из выбраннх пунктов.
Выход из программы.
Основная программа использует следующие функции: output, use_scroll, use_menu, InputFloat, Inputstring, prttabl.
Далее в пункте 2.10 приведён подробный алгоритм работы основной программы.
2.8 Схема взаимодействия функциональных модулей
2.9 Описание алгоритма основной программы и функции Output
В нижеприведённом алгоритме работы основной программы отображены следующие блоки:
Блоки 0,30 - Начало программы, функции;
Блоки 11,12,14,15,18,19,23,26,40,41 - Операции ввода,вывода;
Блоки 1,2,3,5,13,21,28,32,33,38 - Операции действия, вычисления, присваивания.
Блоки 6,8,16,20 - Операция ветвления.
Блоки 31,37,39,44 - Условная операция.
Блоки 4,7,8,17,22,24,25,36 - Вызов функции.
Блоки 29,45 - Конец программы,функции.
2.10 Алгоритм работы основной программы
2.11 Алгоритм работы функции output
3 План отладки программы
При написании данной программы был выбран метод нисходящего программирования, поскольку все функции, используемые для вводаданных, могут быть написаны и проверены поочередно. Примерный порядок написания программы следующий:
1. Пишется и отлаживается функция fun.
2. Пишется и отлаживается функция use_menu.
3. Пишется и отлаживается функция use_scroll.
4. Пишется основная программа с заглушками.
5. Пишется и отлаживается функция output.
6. Пишется и отлаживается функция inputfloat.
7. Пишется и отлаживается функция inputstring.
8. Пишется и отлаживается функция prttabl.
9. Отлаживается основная программа без заглушек.
4.Руководство пользователя
Для запуска данной программы необходимо наличие персонального компьютера IBM PC/XT c операционной системой MS-DOS.
Необходимый объем оперативной памяти - от 640 КБайт и выше.
Для работы программы необходимо наличие видеокарты VGA, для обеспечения установки графического режима 640х480 точек 16 цветов.
Дла запуска программы необходимо сделать текущем каталог с программой do.exe и вызвать её на выполнение. В этом же каталоге должен находиться файл графической библиотеки egavga.bgi.
Выбор необходимого пункта меню осуществляется при помощи клавиш управления курсором. Для активизации нужно нажать ENTER.
Выход из программы - клавиша ESC или выбор пункта "Выход".
Заключение
В курсовой работе решена задача исследования математических функций.
Разработан алгоритм решения поставленной задачи. По этому алгоритму на языке Turbo C++ составлена и отлажена программа, анализ работы которой показал, что поставленная задача успешно решается.
Список литературы
1.Бьярн Страуструп. Язык программирования С++.в двух частях. Пер. с англ. Киев:"ДиаСофт",1993.-296 с.,ил.
2.Корриган Джон Компьютерная графика: Секреты и решения: Пер с англ. -М.:Энтроп, 1995. - 352 с., ил.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Распечатка программы
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <graphics.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
// Драйвер - VGA, Режим - 640x480x16
int drv=VGA,mode=VGAHI;
// Структура, описывающая меню
struct menu_ {
int num; // Количество пунктов
int onum; // Количество опрашиваемых пунктов
char capt[6][20];// Имена пунктов
};
// Глобальные переменные
float MinX=-4; // Начальное значение X
float MaxX=4; // Конечное значение X
float MX=80; // Масштаб по X
float MY=80; // Масштаб по Y
int CF=0; // Номер функции
int SC=20; // Число строк в таблице
// Возвращает 0, если невозможно подсчитать функцию при данном X,
// иначе изменяет Y и возвращает 1
int fun(float x,float * y) {
switch(CF) {
case(0):
*y=sin(x);
return 1;
case(1):
*y=cos(x);
return 1;
case(2):
*y=x*x;
return 1;
case(3):
if (x<0) return 0;
*y=sqrt(x);
return 1;
case(4):
if (fabs(x)<0.0000001) return 0;
*y=1/fabs(x);
return 1;
case(5):
if (fabs(x)<0.0000001) return 0;
*y=2*sin(x*x)/x;
return 1;
}
return 0;
}
// Вывод графика функции на экран
void output() {
float x; // Очередная точка
float y; // графика
float stp; // Шаг изменения X
float px,py; // Предыдущая точка
int rp=0; // 1 - если предыдущая точка существует
int rt=0; // 1 - если текущая точка существует
// Выход при неправильно заданном диапазоне
if ((MaxX-MinX)<=0) return;
// Установка начальных значений
x=MinX;
stp=(MaxX-MinX)/320;
// Вывод линий
setcolor(12);
line(0,240,639,240);
if ((MinX<0)&&(MaxX>0))
line((0-MinX)*MX,0,(0-MinX)*MX,480);
setcolor(15);
// Вывод функции
do {
// Нахождение очередной точки
rt=fun(x,&y);
if (rt==0) {
// Если точки нет - сброс значения предыдущей
rp=0;
} else {
// Иначе - проверка:
if (rp==0) {
// Если предыдущей нет, ставим точку
putpixel((x-MinX)*MX,(240-y*MY),15);
rp=1;
} else {
// Иначе рисуем линию
line((px-MinX)*MX,(240-py*MY),(x-MinX)*MX,(240-y*MY));
}
// Новые значения предыдущей точки
px=x;
py=y;
}
// Новое значение X
x+=stp;
} while (x<MaxX);
}
// Процедура обработки вертикального меню
// Параметры: меню, координата X вывода меню
int use_scroll(menu_ m,int x) {
int n; // Счетчик
int vp=0; // Выбранный пункт
char c; // Считанный с клавиатуры символ
// Очистка места под меню
setfillstyle(1,8);
settextjustify(1,1);
bar(x,0,x+105,479);
do {
// Вывод пунктов меню
for (n=0;n<m.num;n++) {
// Выделение цветом выбранного пункта и неактивных поселдних пунктов
if (n==vp) {
setfillstyle(1,4);
setcolor(15);
} else {
if (n>(m.onum-1)) {
setfillstyle(1,8);
setcolor(10);
} else {
setfillstyle(1,1);
setcolor(14);
}
}
// Вывод пункта
bar(x+5,5+30*n,x+100,25+30*n);
rectangle(x+6,6+30*n,x+99,24+30*n);
outtextxy(x+55,15+30*n,m.capt[n]);
}
// Опрос клавитауры
do {
c=getch();
if (c==0) c=getch();
// Клавиша Вниз
if (c==72) {
vp--;
if (vp<0) vp=m.onum-1;
}
// Клавиша Вверх
if (c==80) {
vp++;
if (vp>=m.onum) vp=0;
}
} while ((c!=72)&&(c!=80)&&(c!=13)&&(c!=27));
} while ((c==72)||(c==80));
// Возврат выбраннго пункта
if (c==13) return vp;
// Возврат -1 при ESC
return -1;
}
// Процедура обработки горизонтального меню
int use_menu(menu_ m) {
int n; // Счетчик
int vp=0; // Выбранный пункт
char c; // Символ
// Очистка места под меню
setfillstyle(1,0);
settextjustify(1,1);
bar(0,0,639,25);
do {
// Вывод пунктов меню
for (n=0;n<m.num;n++) {
// Выделение цветом
if (n==vp) {
setfillstyle(1,4);
setcolor(15);
} else {
if (n>(m.onum-1)) {
setfillstyle(1,8);
setcolor(10);
} else {
setfillstyle(1,1);
setcolor(14);
}
}
// Вывод пункта
bar(10+100*n,5,105+100*n,25);
rectangle(11+100*n,6,104+100*n,24);
outtextxy(60+100*n,15,m.capt[n]);
}
// Опрос клавиатуры
do {
c=getch();
if (c==0) c=getch();
if (c==75) {
// Влево
vp--;
if (vp<0) vp=m.onum-1;
}
if (c==77) {
// Вправо
vp++;
if (vp>=m.onum) vp=0;
}
} while ((c!=75)&&(c!=77)&&(c!=13)&&(c!=27));
} while ((c==75)||(c==77));
if (c==13) return vp;
return -1;
}
// Ввод числа
// Параметры: координаты прямоугольной рамочки и значение по умолчанию
float InputFloat(int x1,int y1,int x2,int y2,float last) {
char s[100]; // Строка
char s1[100]; // Промежуточная строка
char c; // Символ
// Вывод рамочки
setfillstyle(1,2);
setcolor(14);
bar(x1,y1,x2,y2);
rectangle(x1+1,y1+1,x2-1,y2-1);
sprintf(s,"%2.3f",last);
settextjustify(0,1);
// Опрос клавиатуры
do {
// Вывод строки и курсора
bar(x1+2,y1+2,x2-2,y2-2);
strcpy(s1,s);
strcat(s1,"_");
outtextxy(x1+5,y1+10,s1);
c=getch();
if (((c>='0')&&(c<='9'))||(c=='.')||(c=='-')) {
// Нажат разрешенный символ - добавление
s[strlen(s)+1]=0;
s[strlen(s)]=c;
}
// Нажат BackSpace
if ((c==8)&&(strlen(s)>0)) s[strlen(s)-1]=0;
} while ((c!=13)&&(c!=27));
// Если не ESC - перевод нового значения из строки в число
if (c!=27) sscanf(s,"%f",&last);
return last;
}
// Ввод строки
// Параметры: координаты прямоугольной рамочки и значение по умолчанию
char * InputString(int x1,int y1,int x2,int y2,char * last) {
char s[100];
char s1[100];
char c;
// Вывод рамочки
setfillstyle(1,2);
setcolor(14);
bar(x1,y1,x2,y2);
rectangle(x1+1,y1+1,x2-1,y2-1);
strcpy(s,last);
settextjustify(0,1);
// Опрос клавиатуры
do {
// Вывод строки и курсора
bar(x1+2,y1+2,x2-2,y2-2);
strcpy(s1,s);
strcat(s1,"_");
outtextxy(x1+5,y1+10,s1);
c=getch();
if ((c!=13)&&(c!=27)&&(c!=8)) {
// Нажат разрешенный символ - добавление
s[strlen(s)+1]=0;
s[strlen(s)]=c;
}
if ((c==8)&&(strlen(s)>0)) s[strlen(s)-1]=0;
} while ((c!=13)&&(c!=27));
// Если ESC - возвращаем старое значение
if (c==27) return last;
return s;
}
// Вывод таблицы в файл
void prttabl(char * fname) {
FILE * f; // Указатель на файл
float stp; // Шаг изменения функции
float x; // Текущая
float y; // точка
// Выход при неправильно заданном диапазоне
if ((MaxX-MinX)==0) return;
// Открываем файл на запись
f=fopen(fname,"wb");
// Начальные значения
x=MinX;
stp=(MaxX-MinX)/SC;
do {
// Если значение функции верно - вывод в файл
if (fun(x,&y)) fprintf(f,"Fun(%f)= %f \n\r",x,y);
x+=stp;
} while (x<=MaxX);
// Закрываем файл
fclose(f);
}
// Основная программа
void main() {
char s[30];
// Описание меню
menu_ m1;
menu_ fun;
menu_ dia;
menu_ mas;
menu_ tabl;
strcpy(m1.capt[0],"Функция\x0");
strcpy(m1.capt[1],"Диапазон\x0");
strcpy(m1.capt[2],"Масштаб\x0");
strcpy(m1.capt[3],"Таблица\x0");
strcpy(m1.capt[4],"Выход \x0");
m1.num=6;
m1.onum=5;
strcpy(fun.capt[0],"Sin(X)\x0");
strcpy(fun.capt[1],"Cos(X)\x0");
strcpy(fun.capt[2],"X^2\x0");
strcpy(fun.capt[3],"Sqrt(X)\x0");
strcpy(fun.capt[4],"1/|X|\x0");
strcpy(fun.capt[5],"2Sin(X^2)/X\x0");
fun.num=6;
fun.onum=6;
strcpy(dia.capt[0],"Диапазон\x0");
strcpy(dia.capt[1],"Min:\x0");
strcpy(dia.capt[2],"Max:\x0");
dia.num=3;
dia.onum=3;
strcpy(mas.capt[0],"Масштаб\x0");
strcpy(mas.capt[1],"Y:\x0");
strcpy(mas.capt[2],"X:\x0");
mas.num=3;
mas.onum=2;
strcpy(tabl.capt[0],"Таблица\x0");
strcpy(tabl.capt[1],"На экран\x0");
strcpy(tabl.capt[2],"В файл\x0");
strcpy(tabl.capt[3],"Число строк\x0");
tabl.num=4;
tabl.onum=4;
// Инициализация графики
initgraph(&drv,&mode,"");
for (;;) {
// Вывод графика функции
cleardevice();
output();
strcpy(m1.capt[5],fun.capt[CF]);
// Опрос меню
switch(use_menu(m1)) {
case 0:
CF=use_scroll(fun,0);
break;
case 1:
switch(use_scroll(dia,105)) {
case 1:
MinX=InputFloat(210,30,310,45,MinX);
break;
case 2:
MaxX=InputFloat(210,50,310,65,MaxX);
break;
}
sprintf(dia.capt[1],"Min: %2.3f",MinX);
sprintf(dia.capt[2],"Max: %2.3f",MaxX);
MY=MX=(640/(MaxX-MinX));
sprintf(mas.capt[1],"Y: %2.1f",MY);
sprintf(mas.capt[2],"X: %2.1f",MX);
break;
case 2:
switch(use_scroll(mas,205)) {
case 1:
MY=InputFloat(310,30,410,45,MY);
break;
}
sprintf(mas.capt[1],"Y: %2.1f",MY);
sprintf(mas.capt[2],"X: %2.1f",MX);
break;
case 3:
switch(use_scroll(tabl,305)) {
case(1):
cleardevice();
prttabl("con\x0"); // В качестве файла - консоль
getch();
break;
case(2):
prttabl(InputString(410,30,510,45,"Prn"));
break;
case(3):
SC=InputFloat(410,30,510,45,SC);
break;
}
sprintf(tabl.capt[3],"Строк: %d",SC);
break;
case -1:
case 4:
return;
}
}
}