МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ГВУЗ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК И ТЕХНОЛОГИЙ

III международная научно-техническая конференция

студентов и молодых ученых

СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

(СИТОНИ-2012)

4 - 5 октября 2012 года, г. Донецк

Сборник научных трудов студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей

Донецк – 2012

УДК 004.37С56

Современные информационные технологии в образовании и научных исследованиях (СИТОНИ-2012). Материалы III-й международной научно-технической конференции студентов и молодых ученых. / Сборник научных трудов студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей. – Донецк: ДонНТУ, 2012. – 336 с.

ISBN 978-966-430-126-5

Сборник подготовлен по результатам международной научно-технической конференции студентов и молодых ученых. В конференции принимали участие студенты, магистранты, аспиранты и преподаватели Донецкого национального технического университета, Донецкого филиала Европейского университета, Донецкого базового медицинского колледжа, Львовского национального университета им. И. Франко, Львовского профессионального лицея железнодорожного транспорта, Брестского государственного технического университета, Юго-Западного государственного университета, Удмуртского государственного университета, Смоленского государственного университета, Ланкастерского университета, Великотърновского университета им. Кирилла и Мефодия. Материалы, вошедшие в сборник, посвящены применению информационных технологий в образовании и научных исследованиях.

ISBN 978-966-430-126-5

Рекомендовано к печати на заседании совета факультета КНТ(протокол № 6 от 28 сентября 2012г.)

Организационный комитет конференции:

Аноприенко А. Я., к.т.н., проф. декан ФКНТ ДонНТУ, сопредседательПавлыш В. Н., д.т.н., проф. зав. кафедрой ВМиП ДонНТУ, сопредседательАлексеев Е. Р., к.т.н., доц. проф. кафедры ВМиП ДонНТУ, сопредседательАнохина И. Ю., к.т.н., доц. доц. кафедры ВМиП ДонНТУЗензеров В. И., к.т.н., доц. доц. кафедры ВМиП ДонНТУМаслов С. Г., к.т.н, доц. зам. декана ФИТ и ВТ УдГУСлавинская Л. В. ст. преп. кафедры ВМиП ДонНТУЧеснокова О. В. ст. преп. кафедры ВМиП ДонНТ, секретарь

Материалы научной конференции печатаются в авторской редакции.

Ответственный за выпуск: проф. Павлыш В. Н.

© ДонНТУ, 2012

С56

Программа конференции

4 октября 2012г

11.30–12.00 Регистрация участников.

12.00–12.15 Открытие конференции. Павлыш В.Н., д.т.н., проф., зав. кафедрой ВМиП ДонНТУ

12.15–12.30 Приветсвенное слово. Аноприенко А. Я., к.т.н, проф., декан ФКНТ ДонНТУ

12.30–14.00 Пленарное заседание.

Е. Р. Алексеев, В. Н. Павлыш, О. В. Чеснокова, К. В. Алехина.Об опыте использования свободных операционных систем на кафедре

вычислительной математики и программирования донецкого национального технического университета...................................................... 8

С. Г. Маслов. Современные проблемы создания электронных (цифровых)

публикаций …...................................................................................................... 30

И. Ю. Анохина.Наиболее популярные программы. рейтинг программного

обеспечения.......................................................................................................... 41

14.00–15.30 Работа первой секцииПредседатель Анохина И. Ю.Ученый секретарь Славинская Л. В.

СЕКЦИЯ 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ

Ю. И. Давидюк, Ю. В. Савицкий. Программная система нейросетевого анализа сигналов ЭКГ......................... 47

А. С. Щелочкова, Д. В. Бельков. Структурные вычисления при проектировании цифровых устройств........... 51

Н. Ю. Юрченко, Е. Н. Едемская.Управление запасами предприятия методом динамического программирования............................................................................................... 57

С. Хмелевский, К. Н. Ефименко.Алгоритм адресации микрокоманд композиционного микропрограммного устройства управления....................................................................................... 64

3

А. В. Иваницкая, Е. Н. Едемская.Генератор одномерных дискретных отображений для исследования динамических систем.......................................................................................... 70

А. Новиков, В. И. Зензеров. Использование метода Рунге-Кутта для моделирования работы гидропривода механизированных крепей......................................................... 76

С. С.Киселёва, О. М.Копытова.Поиск кратчайших расстояний между всеми вершинами графа алгоритмом Флойда............................................................................................. 84

М. Зиненко, Т. В. Кучер.Разработка и применение библиотеки численного интегрирования.............. 89

В. С. Бакаленко , Л. В Незамова.Информационные технологии в задачах транспортной логистики................ 94

Аль-Джерди Орва, В. Н. Павлыш.Разработка алгоритма функционирования устройства управления процессом гидравлического врздействия на подземные газонасыщенные массивы................................................................................................................ 100

Хасер Исмаил Даех, В.Н. Павлыш.Математическое моделирование и разработка алгоритма управления процессом пневмогидродинамического воздействия на газонасыщенные коллекторы........................................................................................................... 104

А. Ю. Сапаров, А. П. Бельтюков.Распознавание математических текстов регулярными выражениями........... 108

В. А. Шмелев, С. А. Мельчуков.Параллельные вычисления в задачах перколяции........................................... 117

Е. А Шишкин, Ю. В Коган.Применение графических процессоров в гравитационной задаче n тел........ 122

Д. И. Кутепов, О. В. Чеснокова. Операции с матрицами в языке программирования FORTRAN..................... 127

Д. И. Шергин, О. В. Чеснокова.Создание программного продукта для автоматического формирования журнала тахеометрической съёмки.................................................................... 136

15.30–16.00 Перерыв

16.00–17.30 Работа второй секции

Председатель Маслов С. Г.Ученый секретарь Чеснокова О. В.

4

СЕКЦИЯ 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ, ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

Э. В. Дейч, И. Ю. Анохина.Экспресс-анализ систем создания и продвижения сайтов CMS. Возможности WORDPRESS................................................................................ 142

Ю. В. Темнохуд, И. Ю. Анохина.Возможности цветодинамики. Цветовые оформления сайтов. Анализ компьютерных программ работы с цветом........................................................ 147

Д. В. Шаталов, Е. В. Перинская, И. Ю. Анохина.Профессиональный поиск в интернете. Возможности и отличия поисковых систем.................................................................................................................... 153

Н. Н. Мешечек, Д. А. Костюк. Использование данных онлайн-картографии для визуализации схем дорожно-транспортных происшествий.............................................................. 160

С. Н. Власенко, О. О. Латий, В. И. Хведчук.Подход к реализации метода конечных элементов для задач электроники.......................................................................................................... 164

А. А. Гончаров, Д. В. Бельков.Метод определения показателя Херста при фрактальном анализе сетевого трафика …............................................................................................................. 167

М. Николова.Электронные оценки знаний - формы и программные решения..................... 173

Й. М. Старирадева, В. М. Маринова.Компьютерные технологии как средство развития познавательного интереса студентов педвуза на занятиях по математике.................................. 180

Й. М. Старирадева, В. М. Маринова.Компьютерные технологии как средство качественного усвоения учебного материала по математике студентов педвуза..................................................... 186

А. П. Комарь, И. В. Дынник.Программа GUITAR PRO: особенности и возможности.................................. 192

А. О. Звоникова, Е. Н. Едемская.Моделирование ценовой динамики мелких акций........................................... 198

В. С. Борисенко, Л. А. Лазебная.Взлом WI-FI сетей............................................................................................... 205

С. О. Серёгин, Л. А. Лазебная.Социальные сети. Проблемы общения.............................................................. 208

5

П. А. Кузнецов, С. В. Масло, А. С. Сергиенко.Использование среды MATLAB и SIMULINK для решения задач теоретической электротехники........................................................................... 213

Н. Якименко, О. В. Швыдкий, Л. А. Момоток.Информационные технологии в медицине. Процесс изучения медицинской информатики................................................................................. 218

С. В. Козлов.Программный комплекс «ADVANCED TESTER»: математические аспекты формирования оптимальных индивидуальных стратегий обучения.............. 223

Е. С. Петровский, Л. В. Славинская.Организация расчетов в режиме удаленного доступа с использованием технологии MATHCAD APPLICATION SERVER............................................ 227

Л. М. Романова, Г. Г. Исламов.Моделирование живой клетки с помощью программы POV-RAY................. 236

С. Д. Тихонов, О. А. Тихонова.Расчет площади участка с заданными координатами...................................... 240

M. Kobets.Server-based pdf conversion: an instrument for efficient document management 251

J. Stern.Perfect pdf 5 editor – streamline editing and design of pdf files.......................... 255

5 октября 2012г

10.00–12.00 Работа третьей секции

Председатель Алексеев Е. Р.Ученый секретарь Чеснокова О. В

СЕКЦИЯ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ

В. Ю. Коваленко, Д. А. Костюк.Разработка системного программного обеспечения для портативного терминала контроля паводковой ситуации........................................................ 257

А. B. Моисеев, А. Е. Самарина.Свободные веб-редакторы при обучении информатике в школе.................... 262

Е. О. Горбенко, Е. Р. Алексеев.Программные средства для создания загрузочных USB устройств с LINUX подобными операционными системами............................................................ 267

6

Н. А. Матвиенко, Е. Р. Алексеев.Использование LaTeX для подготовки документов сложной структуры....... 272

М. А. Савченко, Е. Р. Алексеев.Технология OPENMP при решении задач вычислительной математики....... 281

А. М. Старун, Д. А. Костюк. Расширение пользовательской многозадачности GNOME 3 на основе технологии мини-окон........................................................................................ 285

Л. Игнатов, Т. В. Кучер.Возможности современных свободных математических пакетов для решения нелинейных уравнений …................................................................... 291

. .М Ф Рудий, О. І. Ткач.Використання крос-платформного інструментарію розробки програмного забезпечення QT для створення навчальних програм..................................... 297

І. І. Назарук, С. С.Чоповский.Використання GNU/LINUX та ВПЗ в державних органах влади України..... 300

А. Е. Самарина. Изучение свободного программного обеспечения как составляющая подготовки учителя информатики...................................................................... 303

Е. Н. Корягина, О. В. Чеснокова. Решение некоторых задач векторной алгебры средствами свободно распространяемого математического пакета GNU OCTAVE.......................... 307

Л. А. Устинова, О.В. Чеснокова.Решение задачи исследования функции в свободно распространяемом математическом пакете GNU OCTAVE.............................................................. 316

П. І. Бублик, О. І. Ткач, Г. Г. Злобін.Автоматизація фізичного експерименту засобами фірми Cypress Semiconductor....................................................................................................... 320

А. А.Хохлова, Е. Р. Алексеев.Использование SCILAB при моделировании переходных процессов в цепях с сосредоточенными параметрами........................................................... 322

С.С.Чоповский.Современные кроссплатформенные инструменты создания учебно-методических материалов................................................................................... 328

12.00–12.30 Подведение итогов

12.30–13.00 Торжественное закрытие конференции

7

УДК 004.4

ОБ ОПЫТЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВОБОДНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА КАФЕДРЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ И

ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДОНЕЦКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Е. Р. Алексеев, профессор кафедры ВМиПВ. Н. Павлыш, заведующий кафедрой ВМиП

О.В. Чеснокова, старший преподаватель кафедры ВмиПК. В. Алехина, студентка электротехнического факультета

Донецкий национальный технический университет, УкраинаEAlekseev@gmail.com

Представлен краткий обзор свободных операционных систем семейства Linux. Рассмотрены наиболее распространённые свободные прикладные программы. Подробно описан процесс сборки специализированного дистрибутива с программным обеспечением, необходимым для организации учебного процесса.

The short review of the free operating systems of Linux family is provided. Are considered the most known free software programs. Is described in detail the assembly process of the specialized distribution kit with the software necessary for the educational process.

Кафедра «Вычислительная математика и программирование» (ВМиП) Донецкого национального технического университета (ДонНТУ) обучает студентов инженерных и экономических специальностей программированию и информационным технологиям более 35 лет.

Одной из важных проблем в организации учебного процесса является выбор программного обеспечения. Наиболее частым решением является использование проприетарных программ, среди которых распространены продукты компании Microsoft (операционная система MS Windows, офисный пакет MS Office, инструментальные средства для разработки программного обеспечения MS Visual Studio). Однако использование проприетарного программного обеспечения (ПО) в учебном процессе университета создаёт ряд проблем, среди которых :

1. Высокие аппаратные требования к университетским компьютерам. Для каждой новой версии проприетарной программы (даже для офисного пакета) нужен всё более мощный процессор, всё больше оперативной памяти.

8

2. Высокая стоимость программного обеспечения. Стоимость офисного пакета MS Office непосильна для бюджетов большинства государственных университетов СНГ.

3. Соблазн заменить фундаментальное обучение программированию и информационным технологиям изучением конкретных программных продуктов крупных IT-корпораций. Крупные компании предоставляет университетам льготы для покупки ПО, проводят бесплатные семинары и тренинги. В результате вместо квалифицированного инженера, мы получаем «специалиста» по определённым программным продуктам.

Таким образом, университеты вынуждены либо пользоваться «пиратскими» версиями программ, либо постоянно тратить огромные финансовые ресурсы на закупку проприетарного ПО. Эти средства можно потратить в вузах более разумно: финансирование научных исследований, ввод в эксплуатацию лабораторий с новыми компьютерами и современным оборудованием, стажировка преподавателей, проведение научных конференций, ремонт и т. д.

Бурное развитие свободного программного обеспечения в последние годы предлагает совершенно другой подход к организации учебного процесса в университетах. Это может быть, как полный отказ от проприетарного ПО [1, 2], так и частичный переход на свободное программное обеспечение.

Рассмотрим операционные системы (ОС), которые на сегодняшний день могут быть альтернативой проприетарной ОС MS Windows для организации учебного процесса и научных исследований в высших учебных заведениях.

Современные свободные операционные системы семейства GNU LinuxСреди свободных unix-подобных операционных систем можно выделить

следующие:• openSUSE [3],• Mandriva Linux [4, 5],• Fedora [6, 7, 8], • EduMandriva [9], • ОС семейства ALTLinux [10, 11], • Debian [12, 13], • ОС семейства Linux Ubuntu (Ubuntu [14, 15], Kubuntu [16, 17], Xubuntu

[18], Lubuntu [19, 20], Linux Mint [21, 22] и др.).Дистрибутив SUSE Linux был одним из первых дистрибутивов, который

предлагал пользователю не просто ядро и набор основных утилит, но и широкий набор прикладного ПО. Запуск проекта openSUSE сделал дистрибутив открытым и бесплатным. Исходный код openSUSE является платформой для таких коммерческих продуктов, как SuSE Linux Enterprise Desktop и SuSE Linux Enterprise Server. В основном дистрибутив openSUSE предназначен для корпоративного использования. Новые версии продукта выходят с

9

периодичностью раз в два года. Кроме того, регулярно появляются сервис-паки. Дистрибутив имеет коммерческую поддержку. Важно, что в openSUSE отличная документация на русском языке: библиотека книг, журналов, руководств и пр.

Fedora – один из наиболее популярных дистрибутивов Linux. Спонсором проекта является компания RedHat Inc. Проект является для нее своеобразной тестовой площадкой. Коммерческие продукты Red Hat основаны на новейших технологиях и инновациях, опробованных в проекте Fedora. Проект Fedora основан полностью на свободном ПО. Новая версия проекта Fedora является в настоящее время одним из самых совершенных и стабильных дистрибутивов Linux.

Дистрибутив Fedora отличается высокой защищенностью, частыми обновлениями, простой и понятной графической системой инсталляции, автоматической поддержкой мультимедийных кодеков. Одним из ответвлений основного дистрибутива является проект Russian Fedora.

Mandriva Linux – один из наиболее известных дистрибутивов семейства ОС Linux. Существуют свободные, коммерческие и корпоративные версии дистрибутива. Бурное развитие проект получил благодаря коммерческой поддержке. Регулярно выходят новые версии Mandriva. Причем интенсивно выпускаются не только версии для тестирования, но и стабильные дистрибутивы. Mandriva зарекомендовал себя как дистрибутив с «дружелюбным» к пользователю интерфейсом KDE. Прежде всего Mandriva Linux ориентирован на работу с настольным компьютером. Его главной особенностью является проприетарные драйвера для поддержки самого современного оборудования. В среде профессионалов Mandriva характеризуется лучшей поддержкой современного оборудования. Кроме того в его репозитории входит огромное количество прикладных и системных программ, превосходный набор инструментов системного администрирования (DrakConf), идеальная реализация 64-битной версии.

На данный момент можно отметить следующие дистрибутивы Mandriva Linux:

• бесплатная версия Mandriva «One» для 32-битных (i586) и 64-bit (x86_64) процессоров;

• коммерческая версия Mandriva PowerPack edition для 32-bit (i586) и 64-bit (x86_64) процессоров;

• корпоративные решения для десктопов и серверов.В апреле 2010 г. из дистрибутива Mandriva Linux выделился проект

EduMandriva [23]. Это независимый образовательный проект, который направлен на покрытие запросов образовательной системы. Для это дистрибутива существует расширенный репозиторий свободного образовательного программного обеспечения.

Последняя версия EduMandriva распространяется на Live версии с рабочими столами LXDE (CD версия) и KDE4 (DVD версия) и включает

10

полный пакет прикладных программ, необходимых для школ, университетов и других образовательных учреждений. Образовательный репозиторий EduMandriva может быть подключён к любой современной ОС семейства Mandriva.

Среди дистрибутивов компании AltLinux (www.altlinux.ru) можно выделить линейку дистрибутивов, ориентированных на использование в образовательных учреждениях («Школьный Линукс» [24]), который содержит дистрибутивы для организации сервера учебной лаборатории, учебного места преподавателя и учащихся. В дистрибутивы входит большое количество образовательного ПО прямо на дисках. Недостающие приложения можно установить из ежедневно обновляемый репозиторий пакетов свободных программ Sisyphus [25]. Также в состав дистрибутива входят диски с документацией, учебными материалами и видеоуроками.

Особое место среди дистрибутивов Linux занимают ОС Linux Debian и ОС Ubuntu Linux.

Операционная система Debian Linux – стабильный некоммерческий дистрибутив, полностью разрабатываемый сообществом. У него нет определённого графика выхода, но именно эта ОС во многом определяет тенденции развития свободного программного обеспечения. Debian характеризуется стабильностью и огромным количеством программ (как системных, так и прикладных). Этот дистрибутив требует некоторой настройки при его использовании в учебном процессе. Затем компьютер под управлением ОС Debian может работать годами без особого внимания со стороны системного администратора.

ОС Ubuntu Linux первоначально основывалась на дистрибутиве Debian, однако сегодня это совершенно самостоятельный коммерческий проект, который использует формат пакетной базы Debian (.deb-пакеты). Операционная система Ubuntu Linux за несколько лет сделала Linux доступным для рядового пользователя. Был период, когда компания Cannonical бесплатно рассылала желающим диски с дистрибутивами по всему миру. Заслуги разработчиков Ubuntu Linux в популяризации Linux переоценить невозможно. Дистрибутивы Ubuntu: Ubuntu (рабочие столы – Unity и Gnome), Edubuntu (рабочий стол Gnome и набор образовательного ПО), Kubuntu (рабочий стол – KDE), Xubuntu (рабочий стол – Xfce), Lubuntu (рабочий стол – Lxde) характеризуются хорошей поддержкой современного оборудования, репозиторием с наибольшим количеством программ, стабильностью работы. Дистрибутивы Ubuntu выходят два раза в год в октябре и апреле, раз в два года выходит дистрибутив с длительной пятилетней поддержкой.

На базе Ubuntu Linux разрабатывается и самый популярный в мире на сегодняшний день дистрибутив – ОС Linux Mint. Это некоммерческий проект сделал Linux ещё доступнее для рядового пользователя. В отличии от Ubuntu и Debian, все мультимедийные кодеки в Linux Mint доступны «из коробки», что

11

позволяет использовать одну операционную систему, как для исследовательских и учебных целей, так и для развлечений на домашнем ПК.

К преимуществам операционных систем семейства Linux можно отнести:1. Простоту установки, современные дистрибутивы Linux устанавливаются

проще и быстрее, чем привычная всем ОС Windows [26]. К тому же многие дистрибутивы поставляются в виде LiveCD (LiveDVD), что позволит пользователю предварительно познакомиться с операционной системой, не устанавливая ее на компьютер.

2. Удобный и не требовательный к ресурсам компьютера графический интерфейс операционной системы. Существуют дистрибутивы ориентированные на очень слабые машины (процессор 300-400 МГц, память от 128 Мб), современному дистрибутиву Linux хватит компьютера со следующими характеристиками: процессор – от 1 ГГц, память – от 1024 Мб, жесткий диск от 20 Гб.

3. Отсутствие платы за использование большинства дистрибутивов Linux. Большинство дистрибутивов семейства ОС Linux являются свободно распространяемыми и содержат свободные или бесплатные программы.

4. Более логичная организация файловой системы, что позволяет разделить права доступа к файлам и сделать компьютер более защищенным к атакам из Сети и практически неуязвимым к вирусам.

5. Наличие огромного количества дистрибутивов, что позволяет практически каждому пользователю выбрать дистрибутив для своих нужд.

6. Использование в дистрибутивах Linux самых передовых технологий в области программного обеспечения.

7. Возможность исправления ошибок в ОС семейства Linux значительно быстрее, чем в MS Windows.

8. Большой набор программного обеспечения (репозиторий современного дистрибутива составляет 20-30 Гб).

На кафедре ВМиП за последние 8 лет накоплен большой опыт использования свободных программ, как в учебном процессе, так и в научных исследованиях. Так, авторы могут рекомендовать дистрибутивы Fedora, openSUSE и Mandriva как стабильные операционные системы с большим количеством прикладных программ в репозитории. Удачным решением для применения в учебных заведениях могут стать дистрибутивы компании AltLinux, которые ориентированы на организацию образовательного процесса.

Однако, на субъективный взгляд авторов именно дистрибутивы семейства ALT Linux, а также ОС Linux Debian, Ubuntu Linux и Linux Mint могут вытеснить ОС Windows из университетских лабораторий, аудиторий и личных компьютеров ученых, преподавателей и студентов. В настоящее время в компьютерных классах кафедры ВМиП ДонНТУ используется дистрибутив Debian.

12

Многолетний опыт преподавания информационных технологий и программирования студентам различных специальностей говорит о том, что после реального знакомства с ОС семейства Linux, эта операционная система появляется на студенческих компьютерах.

Рассмотрим свободные прикладные программы, которые являются реальной альтернативой проприетарному ПО и могут применяться в учебном процессе и научной деятельности в технических высших учебных заведениях.

Свободное прикладное программное обеспечениеСовременное образование и научные исследования невозможны без

использования всемирной сети Интернет. Среди свободных кроссплатформенных и защищённых программ для работы во всемирной сети можно выделить web-браузер Mozilla FireFox [27], почтовые клиенты Mozilla Thunderbird [28] и Claws-mail [29], мультипротокольную программу для обмена мгновенными сообщениями Pidgin [30].

Одним из самых мощных свободных офисных пакетов является программа LibreOffice [32 - 34]. Среди особенностей которого следует отметить наличие редактора математических формул LibreOffice Math [35] и визуального языка программирования LibreOffice Basic. На более слабых машинах можно использовать текстовый процессор AbiWord [36] и электронные таблицы Gnumeric [37 - 39].

Для качественной подготовки документа (научных статей, отчётов, книг) к изданию можно использовать систему компьютерного набора LaTeX [31, 40 - 43]. При ее использовании возникает проблема выбора специализированного текстового редактора. В ОС семейства Linux можно использовать текстовые редакторы Tea [109], Gedit [79], Kile [88] Kate [44, 45] или Texmaker [46], которые есть в репозитариях большинства современных дистрибутивов Linux. В качестве текстового редактора для операционной системы Windows во многих книгах и руководствах по LaTeX (TeX) рекомендуют проприетарный и платный редактор WinEdt [47]. Но ему есть прекрасные свободные альтернативы — редакторы Led [48], TeXnicCenter [49] и тот же Texmaker. Кроме того, для качественного набора текста следует обратить внимание на специализированные текстовые процессоры Lyx [50] и Texmacs [51]. Lyx представляет из себя визуальную оболочку над LaTeX. А Texmacs — это мощный специализированный текстовый процессор, который ориентирован именно на научных работников. Он может работать с документами в формате LaTeX. В Texmacs могут интегрироваться внешние математическими пакеты (Maxima, Scilab, Octave и др.), что делает свободные приложения реальным конкурентом такому пакету, как MathCad.

Для построения специализированных схем (например, блок-схемы, электрические схемы и т.п.) авторы используют свободно распространяемый кроссплатформенный графический редактор Dia [52]. Существует

13

специализированная программа afce [53] для построения блок-схем и генерации кода на Pascal и C++.

В качестве же полноценного точечного графического редактора можно рекомендовать свободно распространяемый редактор GIMP [54 - 57].

Свободно распространяемые кросплатформенные приложения StarDict и GoldenDict [58 - 63] авторы рекомендуют использовать в качестве электронного словаря. Для StarDict на сегодняшний день существует огромная база словарей различных языков [64]. Кроме того GoldenDict может работать со словарями Lingvo [65, 66].

Среди многофункциональных свободных математических программ можно выделить следующие пакеты:

• Scilab [67-73] – система компьютерной математики, которая предназначена для выполнения инженерных и научных вычислений.

• Maxima [74-77] – математическая система символьных и численных вычислений.

• Octave [78-80] – высокоуровневый язык программирования, предназначенный для проведения численных расчётов [81] (полное описание можно найти в [82]).

• FreeMat [83, 84] – система компьютерной математики, аналогичная Scilab, но с меньшими возможностями.

• Euler Math Toolbox [85] – система численных и аналитических расчетов, по синтаксису подобная Matlab.

• Sage [86] – программа для математических расчетов, объединяющая множество существующих свободных пакетов в единой среде, написанной на Python.

Для построения графиков и обработки данных существует большое количество свободных программ [87-89]: Gnuplot [90], Extrema [91], RLPlot [92], Fityk [93], Gretl [94], MayaVi [95] , Zhu3D [96], OpenDX [97], Veusz [98]. Однако, на взгляд авторов, наиболее удачной программой для построения и анализа данных является кроссплатформенный пакет научной графики Scidavis [99].

Для проведения несложных аналитических расчетов можно рекомендовать небольшую консольную программу Yacas [100, 101].

Дифференциальные уравнения в частных производных методом конечных элементов и визуализацию полученного решения можно проводить с использованием мощных свободно распространяемых пакетов Freefem и Freefem3d [102, 103].

Существует достаточно большое количество свободных CAD-программ, среди которых можно выделить kicad [104] – набор программ для проектирования печатных плат, LibreCAD [105, 106] – САПР для 2-мерного черчения и проектирования.

Для построения реалистических 3D-моделей существует мощный свободно распространяемый пакет Blender [107-109].

14

В университетах чаще всего используются языки программирования Python, Fortran, Pascal или C/C++. В качестве графической среды для программирования на Python можно применять Eric [110-112] (для Linux). При иcпользовании языка программирования Pascal можно выбирать между Gnu Pascal (gpc) [113, 114], Free Pascal (fpc) [115, 116] и системой визуального программирования Lazarus [117, 118]. Программирование на C/С++ и Fortran можно изучать, используя компилятор gcc(g++, gfortran) [119-125]. Следует отметить, что свободные компиляторы fpc, g++, gfortran – это очень мощные программные продукты, в которых реализованы все возможности языков программирования Fortran, Pascal и C/C++, включая распараллеливание с использованием технологии OpenMP. При программировании на С/(С++), Fortran или Pascal под управлением как операционной системы Windows, так ОС семейства Linux, в качестве среды программирования можно предложить использовать кроссплатформенный редактор Geany [119, 126].

Понятно, что в рамках данной статьи все существующее на сегодняшний день свободное ПО описать невозможно. Поэтому авторы остановились на тех программных продуктах, которые применялись ими в учебном процессе и научной деятельности. Более подробно с прикладными свободным ПО можно познакомиться в [127].

Таким образом, из выше изложенного следует, что проприетарному ПО существует реальная альтернатива. Есть удобные для рядового пользователя свободные операционные системы, которые во много раз превосходят возможности ОС семейства Microsoft, а также существует большое количество прикладных свободных программ.

В качестве примера рассмотрим процесс создания дистрибутива ОС, оснащенного набором прикладных программ, которые применяются в учебном процессе.

Сборка специализированного дистрибутива операционной системы

Обычно установка ПО на компьютеры в учебной лаборатории или компьютерном классе проходит следующим образом. Инсталлируется ОС, а затем с помощью репозитория устанавливаются все необходимые в учебном процессе прикладные программы. Процесс несложный, но довольно долгий и кропотливый. Кроме того, его нужно повторить на всех компьютерах в лаборатории, а также на личных компьютерах всех участников учебного процесса (преподавателей и студентов). При организации учебного процесса в общеобразовательном курсе это не так просто. Ведь зачастую курс слушают более ста человек и установить ОС и ПО могут не все. Не следует забывать и о студентах заочной и очно-заочной формы обучения. При проведении научных исследований ситуация несколько проще, но тоже нетривиальна.

Описанное выше программное обеспечение свободно и никаких правовых ограничений по модификации дистрибутива не имеет. Поэтому, если создать iso

15

образ дистрибутива с включенными в него соответствующими прикладными программы и записать его на USB устройство или оптический диск, то можно обеспечить всех участников учебного процесса или исследовательского проекта необходимым ПО.

Насколько финансово затратен процесс создания подобного образа? Нужно ли нанимать для этого IT-специалистов из компаний разработчиков операционных систем или можно обойтись специалистами университета?

Оказывается, процесс сборки специализированного дистрибутива насколько автоматизирован, что для этого достаточно знаний рядового квалифицированного пользователя ОС семейства Linux.

В связи с тем, что авторы в своей работе используют ОС Debian Linux, ОС Ubuntu Linux, ОС Mint Linux и дистрибутивы, построенные на их основе, то ниже рассмотрен процесс сборки специализированных Debian подобных дистрибутивов. Сборка дистрибутивов на базе openSUSE и Fedora описана в статье [128]. В этой же статье описан способ сборки дистрибутива Ubuntu с помощью команд терминала. Однако, сейчас существует уже несколько программных решений, которые позволяют автоматизировать процесс сборки дистрибутива и сделать его доступным для пользователя.

Первым из таких программных решений рассмотрим набор утилит UCK – Ubuntu Customization Kit [129-131]. UCK – это набор консольных утилит Ubuntu, объединённых графической оболочкой. Эти утилиты последовательно выполняют следующие действия:

• определяют языки локализации для будущего дистрибутива;• разворачивают iso образ Ubuntu в некоторую виртуальную среду, затем в

этой среде можно с помощью команд терминала и менеджера пакетов synaptic добавить необходимые программы;

• выполняют сборка дистрибутива с установленными программами.Подробная инструкция по работе с UCK находится в [132]. О недостатках

утилиты можно сказать следующее1:1. После добавления необходимых программ нет возможности

протестировать полную работоспособность дистрибутива. Работа с UCK требует опыта в использовании команд терминала и менеджера пакетов synaptic.

2. Программа настроена именно под Ubuntu, использование её в Debian, и даже в Mint проблематично.

Однако несмотря на указанные недочёты утилита очень удобна для быстрой сборки дистрибутива на базе Ubuntu.

Следующая программа для сборки дистрибутива с собственным набором приложений – утилита remastersys [133]. Программа работает во всех дистрибутивах, основанных на Debian или Ubuntu.

1 Кроме того, на момент написания статьи были проблемы с установкой и функционированием uck в последней версии ubuntu 12.04.

16

Принцип её работы несколько отличается от других утилит. Операционная система (Debian, Ubuntu, Mint) устанавливается на жёсткий диск персонального компьютера. Далее, любым способом добавляются необходимые программы. В результате получается работоспособная операционная система с установленными приложениями. Затем с помощью remastersys создаём iso образ установленной системы. Можно получить два образа:

• iso образ системы, включающий папку /home вместе со всеми данными и настройками системы, этот образ можно будет записать на диск или на usb устройство и использовать в режиме LiveDVD, его нельзя будет установить на диск стандартными средствами.

• iso образ системы без папки /home, который можно использовать в режиме LiveDVD, а также установить на жёсткий диск ПК, как обычный дистрибутив Linux.

При создании образа существует ограничение по объёму – 4 Гб.Рассмотрим весь процесс на примере создания дистрибутива в учебном

процессе для курса «Вычислительная техника и алгоритмические языки» на кафедре ВМиП ДонНТУ на основе ОС Linux Mint 13 с окружением Mate2 [134].

В состав собираемого дистрибутива будут дополнительно включены следующие программы3:

1. Компиляторы gcc (С/С++, Fortran), fpc (Pascal).2. Среды программирования geany, lazarus, qtCreator, Eric.3. Программы для изображения блок-схем dia, afce.4. Математические программы smath studio, scilab, octave, freemat.5. Пакет TexLive (texlive-full, temaker, lyx).

Сборка дистрибутива начинается с установки стандартного дистрибутива Linux Mint 13. При разметке диска следует оставить достаточно места в разделе / для установки всех приложений и в разделе /home для сборки. По умолчанию iso файл создаётся в папке /home/remastersys. При генерации iso файла на диске потребуется места в два с половиной раза больше, чем займёт iso образ. Максимальный объём генерируемого файла образа ограничен 4 Гб, следовательно 10 свободных Гб в разделе /home хватит для сборки любого дистрибутива.

После установки, обновления (sudo apt-get update | sudo apt-get upgrade), и полной локализации (Menu – Центр управления – Language Support) операционной системы необходимо установить пакет remastersys. Пакет не входит не в один из репозиториев, он бесплатно поставляется разработчиком [133]. Установить его можно одним из двух способов:

1. Скачать deb пакеты remastersys-gtk_3.0.3-1_all.deb, remastersys-gui_3.0.3-1_amd64.deb, remastersys-gui_3.0.3-1_i386.deb,

2 Выбор в качестве базового дистрибутива Linux Mint 13 обусловлен только личными предпочтениями авторов и ничем более. В качестве базового дистрибутива может быть выбран любой дистрибутив, использующий deb-пакеты.

3 Выбор программ для учебного дистрибутива также является личным выбором авторов.

17

remastersys_3.0.3-1_all.deb по адресу http://www.remastersys.com/downloads/ и установить пакет remastersys-gui для нужной архитектуры.

2. Выполнить команды терминала

wget -O - http://www.remastersys.com/ubuntu/remastersys.gpg.key | sudo apt-key add - sudo apt-add-repository ' deb http://www.remastersys.com/ubuntu precise main'sudo apt-get updatesudo apt-get install remastersys-gui

После этого на компьютере будет установлена программа remastersys и графический интерфейс (remastersys-gui) к ней.

Затем устанавливаются необходимые для дистрибутива приложения. Кроме указанных выше приложений, для придания дистрибутиву универсальности, можно добавить в него следующие программы:

• vlc [135, 136] – универсальный свободный мультимедиаплейер,• gimp – точечный графический редактор (для его установки нужны буду

пакеты gimp gimp-help-ru gimp-data-extras),• alien – конвертер rpm пакетов deb,• gparted [137] – редактор дисковых разделов,• ttf-mscorefonts-installer – пакет для установки шрифтов Microsoft,• libreoffice-nlpsolver – расширение решателя Libreoffice Calc для решения

задач нелинейной оптимизации, libreoffice-pdfimport – расширение LibreOffice для импорта pdf файлов, libreoffice-style-crystal, libreoffice-style-galaxy libreoffice-style-hicontrast, libreoffice-style-human, libreoffice-style-oxygen – дополнительные стили значков LibreOffice.

• goldendict – универсальный словарь,• xneur [138] – автоматический переключатель раскладок клавиатуры,• shotwell [139] – менеджер цифровых фотографий, • shutter [140] – многофункциональная программа для скриншотов,• tuxcmd – двухпанельный файловый менеджер,• gnuchess xboard – движок и графический интерфейс для игры в шахматы,• unetbootin [141] – утилита для создания загрузочной флешки,• freemind [142, 143] – свободная программа для создания диаграмм связей

(правильное название понятия, чаще известного как «карты памяти», «mind maps»),

• freeplane [144] – редактор диаграмм связей,• браузеры opera и chromium-browser,• manpages-ru – справочные страницы по Linux на русском языке,• irussian iukrainian – словари русского и украинского языков для ispell.

18

Таким образом команда терминала установки программ будет такой

sudo apt-get install vlc gimp gimp-help-ru gimp-data-extras alien ttf-mscorefonts-installer gparted dia libreoffice-nlpsolver libreoffice-style-crystal libreoffice-style-galaxy libreoffice-style-hicontrast libreoffice-style-human libreoffice-style-oxygen libreoffice-pdfimport goldendict shutter shotwell xneur g++ gfortran geany-plugins lazarus eric scilab scilab-getfem++ scilab-plotlib scilab-scimax xmaxima wxmaxima freemat qtoctave octave-data-smoothing octave-linear-algebra octave-odepkg octave-optim octave-plot octave-plplot octave-splines octave-symbolic tuxcmd gnuchess xboard unetbootin freemind freeplane qtcreator opera chromium-browser qcad kicad kicad-doc-ru manpages-ru irussian iukrainian texlive-full texmaker lyx

После это осталось установить некоторые нестандартные программы и словари для goldendict. Для установки словарей для goldendict необходимо их просто скопировать в папку /usr/share/stardict/dic.

Так же можно установить три нестандартных программы: бесплатный математический пакет с графическим интерфейсом smathstudio [145], редактор блок-схем afce [146], программу для создания мультизагрузочного usb устройства Multisystem [147].

Установка smathstudio в Linux описана на сайте производителя, с особенностями её инсталляции в Ubuntu можно познакомиться на портале forum.ubuntu.ru. Кроме того, в Сети есть собранные deb пакеты для версии 0.89 – http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3442164, http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3438979.

Редактор блок-схем afce на сайте производителя есть только в виде rpm пакета http://vicking.narod.ru/flowchart/afce-0.9.0-50.i586.rpm/. Скачав его и воспользовавшись командой

sudo alien -k afce-0.9.0-50.i586.rpm получим готовый к установке deb пакет.

Для установки multisystem в Ubuntu и Mint необходимо выполнить команды [148]

sudo apt-add-repository 'deb http://liveusb.info/multisystem/depot all main' wget -q http://liveusb.info/multisystem/depot/multisystem.asc -O- | sudo apt-key add - sudo apt-get updatesudo apt-get install multisystem

Пользователям Debian после установки multisystem нужно ввести командуsudo usermod -a -G adm "$SUDO_USER"

Установка необходимого программного обеспечения закончена. Система готова к работе.

19

Теперь вернемся к утилите remastersys и создадим установочный образ созданной системы.

Программа remastersys имеет графический интерфейс, однако с ней можно работать и в терминальном режиме.

Команду remastersys можно запустить только от имени администратора (суперпользователя) в нескольких режимах:

sudo remastersys backup|clean|dist [cdfs|iso] [filename.iso],здесь параметры backup, clean, dist определяют режим работы системы: • backup – создать backup (резервную) копию системы, • clean – очистить систему от временных файлов, • dist – создать дистрибутив из установленной операционной системы, не включая в него папку /home.

Параметры cdfs, iso определяет формат файла backup или дистрибутива:• стандартный iso образ, который потом может быть записан на болванку

или usb устройство,• виртуальная файловая система ОС Linux сdfs [149], в нашем случае нас

интересует именно iso образ.Параметр filename.iso определяет имя создаваемого iso образа.Таким образом можно создать загрузочный полный iso образ системы4

(включая и папку /home) с помощью команды sudo backup iso custom.iso. Но в этом случае сформированная ОС будет работать только в режиме LiveDVD без возможности установки на жёсткий диск компьютера стандартными средствами.

Для того, чтобы собрать дистрибутив операционной системы с установленными программами необходимо выполнить команду

sudo remastersys dist mydisk.isoили пару команд

sudo remastersys dist cdfssudo remastersys dist iso mydisk.iso

В первом случае будет создан образ системы в формате cdfs, который потом будет преобразован в iso файл с именем mydisk.iso. Во втором случае первая команда создаёт образ системы в формате cdfs, а вторая преобразовывает его к формату iso. Разницы между двумя способами немного.

Используя команду sudo remastersys dist iso mydisk.iso создадим iso образ дистрибутива Linux Mint 13 с предустановленными приложениями.

Этот процесс зависит от производительности ПК. В рассматриваемом здесь случае под управлением 64-битной ОС Linux Mint на компьютере с 4 ГБ оперативной памяти и процессором Intel Core i5-2500 3.3 Ghz сборка дистрибутива заняла 550 секунд, полученный образ занимал 3.1 Ггб.

В программе remastersys существует и графический интерфейс (рис. 1), в котором сборка дистрибутива осуществляется щелчком по кнопке Distribution.

4 Файл образа по прежнему ограничен 4 гигабайтами.

20

Рисунок 1

Назначение остальных кнопок тоже понять несложно: • Backup – создать iso образ резервной копии системы, включая каталог

/home,• Clear Working Folder – очистить систему от временных файлов

remastersys (очистка каталога /home/remastersys),• Customize – окно настроек программы.

Графический интерфейс представляет просто графическую надстройку над remastersys.

Таким образом, выше подробно описана методика создания iso файла дистрибутива с предустановленным набором программ для организации учебного процесса. Созданный образ можно записать на DVD диск и получить установочный LiveDVD.

Также, используя команду dd [150], утилиты unetbootin, Multisystem [147] можно записать образ на usb устройство, с помощью которого загружать ОС на любом ПК и иметь «живую» операционную систему (с полным набором программ), которую при желании можно установить на компьютер. Подобным образом можно создать дистрибутив для любых целей: для исследователя в области физики, химии, математики или другой отрасли знаний, специализированное рабочее место и т. д. Гибкость и свобода использования

21

компонентов ОС семейства Linux позволяет распространить эту методику в любой отрасль, где человек использует компьютер.

Литература:1. И. А. Хахаев . Свободное ПО и лицензирование ВУЗа // Тезисы докладов

четвёртой конференции «Свободное программное обеспечение в высшей школе». Россия, Переславль, 30 января–1 февраля 2009 г. С. 19–21.

2. Ю. П. Немчанинова, Е. Г. Пьяных. Проблема развития ИКТ-компентности педагогических кадров в условиях перехода на свободное программное обеспечение и организационно-педагогические условия ее решения // Тезисы докладов пятой конференции «Свободное программное обеспечение в высшей школе». Россия, Переславль, 30-31 января 2010 г. С. 79–83.

3. OpenSUSE. URL: http://ru.opensuse.org (дата обращения: 29.08.2012).4. Mandriva Russia. URL: http://www.mandriva.ru (дата обращения:

29.10.2011).5. Mandriva. URL: http://www.mandriva.com (дата обращения: 29.10.2011).6. Домашняя страница проекта Fedora. URL: http://fedoraproject.org (дата

обращения: 26.08.2011).7. Fedora – Википедия. URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/Fedora (дата

обращения: 26.08.2011).8. Russian Fedora. URL:http://russianfedora.ru (дата обращения: 29.08.2011).9. ЕduМandriva — свободное ПО в образовании. URL: http://edumandriva.ru

(дата обращения: 25.08.2011).10.ALT Linux - Главная страница. URL: http://www.altlinux.ru (дата

обращения: 29.07.2012).11.ALT Linux Wiki. URL: http://www.altlinux.org (дата обращения:

29.07.2012).12.Debian – Универсальная Операционная Система. URL: http://debian.org

(дата обращения: 29.08.2012).13.Портал русскоязычного сообщества Debian. URL: http://4debian.info/ (дата

обращения: 29.08.2012).14.Ubunu по-русски. URL: http://www.ubuntu.ru (дата обращения: 29.07.2011).15.The Yacas computer algebra system. URL:

http://yacas.sourceforge.net/homepage.html. (дата обращения: 29.08.2012).16.Kubuntu | Русское сообщество кубунту. URL:http://www.kubuntu.ru (дата

обращения: 29.07.2011).17.Kubuntu | linux for human beings | Kubuntu. URL: http://www.kubuntu.org

(дата обращения: 29.07.2011).18.Wolfram Research: Mathematica, Technical and Scientific Software. URL:

http://www.wolfram.com (дата обращения: 30.07.2011).19.Lubuntu - simplify your computer/ URL:http://lubuntu.net/(дата обращения:

30.07.2011).

22

20.Lubuntu Linux по-русски. URL: http://www.lubuntu.ru/ (дата обращения: 30.07.2011).

21.Linux Mint | Русское сообщество. URL: http://www.mintlinux.ru (дата обращения: 29.07.2011).

22.Main Page - Linux Mint. URL: http://www.linuxmint.com (дата обращения: 29.07.2011).

23.EduMandriva - свободное ПО в образовании. URL: http://edumandriva.ru (дата обращения: 28.07.2011).

24.Альт Линукс 5.0 Школьный — ALT Linux Wiki. URL: http://www.altlinux.org/Альт_Линукс_5.0_Школьный (дата обращения: 28.07.2011).

25.Sisyphus – intro. URL:http://sisyphus.ru/ (дата обращения: 28.07.2011).26.Колисниченко Д. Ubuntu Linux. Краткое руководство пользователя. - СПб:

БХВ-Петербург, 2007.27.Mozilla Firefox | Mozilla Россия. URL: http://www.mozilla-

russia.org/products/firefox (дата обращения: 29.07.2011).28.Mozilla Thunderbird | Mozilla Россия. URL: http://www.mozilla-

russia.org/products/thunderbird (дата обращения: 29.07.2011).29.Claws Mail - the email client that bites!. URL: http://www.claws-mail.org

(дата обращения: 29.07.2011).30.Open Visualization Data Explorer. URL: http://www.opendx.org (дата

обращения: 03.08.2011).31.Балдин Е.М. Компьютерная типография LaTeX. — СПб.: БХВ-Петербург,

2008.32.Главная — Инфра-Ресурс. URL: http://www.i-rs.ru (дата обращения:

29.07.2011).33.Новости - MyOOo.ru: доступно и просто об OpenOffice.org. URL:

http://www.myooo.ru (дата обращения: 29.07.2011).34.ru: OpenOffice.org для русскоговорящих пользователей. URL:

http://www.ru.openoffice.org (дата обращения: 29.07.2011).35.OOo Math - MyOOo.ru: доступно и просто об OpenOffice.org. URL:

http://myooo.ru/content/blogcategory/18/54/ (дата обращения: 29.07.2011).36.AbiWord. URL:http://www.abisource.com (дата обращения: 29.07.2011).37.Хахаев Иван. Электронная таблица Gnumeric. Обработка списков и

диаграммы. URL: ftp://ice.spb.ru/pub/articles/gnumeric_guide_listscharts.odt (дата обращения: 29.07.2011).

38.Хахаев Иван. Gnumeric и линейная оптимизация. URL: ftp://ice.spb.ru/pub/articles/gnumeric_1.odt (дата обращения: 29.07.2011).

39.GNOME Office / Gnumeric - Welcome to Gnumeric!. URL: http://projects.gnome.org/gnumeric (дата обращения: 29.07.2011).

40.Роженко А.И. Искусство верстки в LaTeX'e. — Новосибирск.: изд. ИВМиМГ СО РАН, 2005.

23

41.LaTeX — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/LaTeX (дата обращения: 29.07.2011).

42.eXLive — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/TeX_Live (дата обращения: 29.07.2011).

43.TEA: news. URL: http://tea-editor.sourceforge.net (дата обращения: 30.07.2011).

44.Kate — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Kate (дата обращения: 30.07.2011).

45.Kate | Get an Edge in Editing. URL: http://www.kate-editor.org (дата обращения: 30.07.2011).

46.Texmaker (free cross-platform latex editor) - Xm1 Math. URL: http://www.xm1math.net/texmaker/ (дата обращения: 30.07.2011).

47.Welcome to GNU TeXmacs (FSF GNU project). URL: http://www.texmacs.org (дата обращения: 30.07.2011).

48.LaTeX Editor - Home. URL: http://www.latexeditor.org (дата обращения: 30.07.2011).

49.TeX Live — TeX Users Group. URL: http://www.tug.org/texlive (дата обращения: 29.07.2011).

50.LyX – The Document Processor. URL: http://www.lyx.org (дата обращения: 02.08.2011).

51.Veusz. URL: http://home.gna.org/veusz (дата обращения: 03.08.2011). 52.Dia — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Dia (дата обращения:

29.07.2011).53. Редактор блок-схем. URL: http://vicking.narod.ru/flowchart/ (дата

обращения: 29.07.2011).54.Сайт уроков и примеров работы в GIMP. URL: http://gimp.nas2.net (дата

обращения: 29.07.2011).55.GIMP — бесплатный растровый графический редактор Гимп ::

Альтернатива Фотошоп :: Редактор GIMP :: Редактор фотографий :: Программа для рисования. URL: http://www.progimp.ru (дата обращения: 29.07.2011).

56.GIMP - The GNU Image Manipulation Program. URL: http://www.gimp.org (дата обращения: 29.07.2011).

57.GNU Image Manipulation Program. URL: http://docs.gimp.org/ru (дата обращения: 29.07.2011).

58.StarDict — Википедия. URL: , http://ru.wikipedia.org/wiki/StarDict. (дата обращения: 30.07.2011).

59.StarDict Стардикт - [1] :: Программы :: Компьютерный форум Ru.Board. URL: http://forum.ru-board.com/topic.cgi?forum=5&topic=16486 (дата обращения: 30.07.2011).

60.Solver for Nonlinear Programming [BETA] | OpenOffice.org repository for Extensions. URL: http://extensions.services.openoffice.org/project/NLPSolver (дата обращения: 29.07.2011).

24

61.StarDict - The best dictionary program in linux and windows. URL: http://stardict.sourceforge.net/index.php. (дата обращения: 30.07.2011).

62.GoldenDict. URL:http://www.goldendict.org/ (дата обращения: 30.07.2011).63.GoldenDict — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/GoldenDict

(дата обращения: 30.07.2011).64.StarDict Стардикт - [1] :: Программы :: Компьютерный форум Ru.Board.

URL: http://forum.ru-board.com/topic.cgi?forum=5&topic=16486 (дата обращения: 30.07.2011).

65.ABBYY Lingvo.Pro Online Dictionary. URL:http://www.lingvo.ru (дата обращения: 30.07.2011).

66.ABBYY Lingvo — Википедия. URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/ABBYY_Lingvo (дата обращения: 30.07.2011).

67.Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В., Рудченко Е.А. Scilab: Решение инженерных и математических задач. - М.: ALT Linux; Бином. Лаборатория знаний, 2008. - 260с. (http://docs.altlinux.org/books/2008/altlibrary-scilab-20090409.pdf).

68.Руководство по работе с пакетом SCILAB. URL: http://scilab.psati.ru/rukovodstvo/index.html (дата обращения: 29.07.2011).

69.Books:Scilab — ALT Linux Wiki. http://www.altlinux.org/Books:Scilab (дата обращения: 31.07.2011).

70.Scilab по-русски. URL: http://teacher.dn-ua.com/Math/Scilab/Scilab.html (дата обращения: 31.07.2011).

71.Scilab - Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Scilab (дата обращения: 29.07.2011).

72. SCILAB: Часть 1. Основы программирования в Scilab. URL: http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/l-scilab1/index.html (дата обращения: 31.07.2011)

73.Scicos Homepage. URL: www.scicos.org (дата обращения: 31.07.2011).74.Губина Т. Н. Цикл уроков по системе аналитических вычислений Maxima.

URL: http://freecode.pspo.perm.ru/048/index.html (дата обращения: 29.07.2011).

75.Житников Вадим. Компьютеры, математика и свобода. URL: http://www.computerra.ru/gid/266002 (дата обращения: 29.07.2011).

76.Система компьютерной алгебры Maxima. URL: http://maxima.sourceforge.net/ru (дата обращения: 31.07.2011).

77.Чичкарёв Е.А. Компьютерная математика с Maxima. Руководство для школьников и студентов. URL: http://www.altlinux.org/Books:Maxima (дата обращения: 31.07.2011) (http://git.altlinux.org/people/bertis/public/?p=books-MaximaBook.git;a=blob;f=book_new_style.pdf).

78.GNU Octave. Материал из Викиучебника. URL: http://ru.wikibooks.org/wiki/GNU_Octave (дата обращения: 29.07.2011).

25

79. GNU Octave. URL: http://www.gnu.org/software/octave/ (дата обращения: 29.07.2011).

80. Octave-Forge. URL: http://octave.sourceforge.net/ (дата обращения: 30.08.2011).

81. Записки дебианщика. URL: http://mydebianblog.blogspot.com/2012/02/gnuoctave.html (дата обращения: 03.08.2011).

82.Е. Р. Алексеев, О. В. Чеснокова Введение в Octave для инженеров и математиков: – М.: ALT Linux, 2012. – 368 с .

83.FreeMat – Home. URL: http://freemat.sourceforge.net (дата обращения: 03.08.2011).

84.FreeFEM.org. URL: http://www.freefem.org (дата обращения: 03.08.2011). 85.Browse Euler Math Toolbox Files on SourceForge.net. URL:

https://sourceforge.net/projects/eumat/files (дата обращения: 29.07.2011).86.Sage: Свободное программное обеспечение для математических расчетов.

URL: http://www.sagemath.ru (дата обращения: 29.07.2011).87.Список бесплатного программного обеспечения, которое может заменить

лицензионные коммерческие пакеты - Справочники - Каталог файлов - Информационный ресурс г. Рубежное. URL: http://rubezhnoe.org.ua/load/8-1-0-180 (дата обращения: 29.07.2011).

88.Хахаев Иван. Лёгкие пакеты научной графики. URL: http://heap.altlinux.org/engine/IvanKhakhaev/DataProc (дата обращения: 29.07.2011).

89.Extrema Home Page. URL: http://exsitewebware.com/extrema (дата обращения: 03.08.2011).

90.Gnuplot – Википедия. URL: http://www.gnuplot.info (дата обращения: 05.08.2011).

91.Extrema Home Page. URL: http://exsitewebware.com/extrema (дата обращения: 03.08.2011).

92.Pidgin, the universal chat client. URL: http://www.pidgin.im (дата обращения: 29.07.2011).

93.Fityk - free peak fitting software. URL: http://www.unipress.waw.pl/fityk (дата обращения: 03.08.2011).

94.Gretl. URL: http://gretl.sourceforge.net (дата обращения: 03.08.2011). 95.Texniccenter. URL: http://www.texniccenter.org (дата обращения:

30.07.2011).96.Xubuntu Home Page | Xubuntu. URL: http://www.xubuntu.org (дата

обращения: 29.07.2011).97.Octave. URL: http://www.gnu.org/software/octave (дата обращения:

31.07.2011). 98.Untitled. URL: http://www.gnu.org/software/octave/doc/interpreter (дата

обращения: 31.07.2011). 99.Scilab Home Page. URL: www.scilab.org (дата обращения: 31.07.2011).

26

100. Введение в Yacas. URL: http://www.uic.nnov.ru/~zoav1/writings/yacas-intro.html (дата обращения: 03.08.2011).

101. Новости - MyOOo.ru: доступно и просто об OpenOffice.org. URL: http://www.myooo.ru (дата обращения: 29.07.2011).

102. FreeFEM.org. URL: http://www.freefem.org (дата обращения: 03.08.2011).

103. Жуков М. Ю., Ширяева Е. В. Использование пакета конечных элементов FreeFem++ для задач гидродинамики, электрофореза и биологии // Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2008. 256 с.

104. KiCad — Википедия. URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/KiCad (дата обращения: 03.08.2011).

105. Home of LibreCAD, 2D-CAD. URL:http://librecad.org/cms/home.html (дата обращения: 03.08.2011).

106. LibreCAD — Википедия. URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/LibreCAD (дата обращения: 03.08.2011).

107. Главная :: Blender 3D туториалы, модели, плагины. URL: http://blender3d.org.ua (дата обращения: 03.08.2011).

108. Blender — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Blender (дата обращения: 03.08.2011).

109. Blender.org — Home. URL: http://www.blender.org (дата обращения: 03.08.2011).

110. The Eric Python IDE. URL:http://eric-ide.python-projects.org/ (дата обращения: 03.08.2011).

111. Eric — Википедия. URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/Eric (дата обращения: 03.08.2011).

112. Хахаев И. А. Практикум по алгоритмизации и программированию на Python: / И. А. Хахаев — М.: Альт Линукс, 2010.- 126 с. (http://www.altlinux.org/Books:PythonSchool)

113. GNU Pascal — Википедия. URL: .http://ru.wikipedia.org/wiki/GNU_Pascal (дата обращения: 03.08.2011).

114. GNU Pascal. URL: http://www.gnu-pascal.de/gpc/h-index.html (дата обращения: 03.08.2011).

115. FreePascal.ru - Информационный портал для разработчиков на Free Pascal & Lazarus & MSE. URL: http://www.freepascal.ru (дата обращения: 03.08.2011).

116. Free Pascal - Advanced open source Pascal compiler for Pascal and Object Pascal - Home Page. URL: http://www.freepascal.org (дата обращения: 03.08.2011).

117. Lazarus - Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Lazarus (дата обращения: 03.08.2011).

118. Lazarus - News. URL: http://www.lazarus.freepascal.org (дата обращения: 03.08.2011).

27

119. Программирование на C++. URL: http://teacher.dn-ua.com/CPP/cpp.html (дата обращения: 03.08.2011).

120. Разработка программного обеспечения для Linux. Инструментарий | Книги и руководства | Библиотека Линуксцентра | Linuxcenter.Ru – портал про Linux и Unix. Дистрибутивы, книги, статьи о Linux. Mandriva, Ubuntu, SUSE, Fedora, Red Hat, Debian, KNOPPIX, Gentoo, Slackware, FreeBSD, CentOS, Xandros, RedHat, Linux-XP, OpenBSD, Scientific, ASPLinux, ALTLinux, MOPSLinux. URL: http://www.linuxcenter.ru/lib/books/linuxdev (дата обращения: 03.08.2011).

121. Компилятор языков C, C++, Objective C gcc 2.7 (часть 1). URL: http://docstore.mik.ua/manuals/ru/gcc/gcc1.html#toc2 (дата обращения: 03.08.2011).

122. Компилятор языков C, C++, Objective C gcc 2.7 (часть 2). URL: http://linux.yaroslavl.ru/docs/prog/gcc/gcc2.html (дата обращения: 03.08.2011).

123. GCC, the GNU Compiler Collection - GNU Project - Free Software Foundation (FSF). URL: http://gcc.gnu.org (дата обращения: 03.08.2011).

124. GFortran - GCC Wiki. URL: http://gcc.gnu.org/wiki/GFortran (дата обращения: 03.08.2011).

125. Gfortran. URL: http://gfortran.com/ (дата обращения: 03.08.2011). 126. Geany : Home Page. URL: http://www.geany.org (дата обращения:

03.08.2011). 127. Алексеев Е.Р. Использование свободных программ в научных

исследованиях. // Прикладная информатика, №6, 2009. с. 61-79.128. Дистрибутив своими руками / Робертс Дж. // Linux Format, 2011. –

№11 – С. 22-29.129. UCK - Ubuntu Customization Kit – SourceForge. URL:

http://uck.sourceforge.net/ (дата обращения: 03.08.2011). 130. [Wiki] [HOWTO] Создаем свой дистрибутив на базе Ubuntu. URL:

http://help.ubuntu.ru/wiki/создание_дистрибутива_на_базе_ubuntu?s[]=uck (дата обращения: 03.08.2011).

131. Форум русскоязычного сообщества Ubuntu. URL: http://forum.ubuntu.ru/index.php?topic=19858.0 (дата обращения: 03.08.2011).

132. Создание собственного дистрибутива Ubuntu. URL: http://lianinfo.narod.ru/uck.htm (дата обращения: 03.08.2011).

133. Remastersys. URL: http://www.remastersys.com/ (дата обращения: 03.08.2011).

134. Linux Mint 13 Release Notes - Linux Mint. URL: http://linuxmint.com/rel_maya.php (дата обращения: 03.08.2011).

135. VideoLAN - Official page for VLC media player. URL: http://www.videolan.org/vlc/ (дата обращения: 03.08.2011).

28

136. VLC — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/VLC (дата обращения: 03.08.2011).

137. GParted — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/GParted, (дата обращения: 03.08.2011).

138. X Neural Switcher. URL: http://www.xneur.ru/ (дата обращения: 03.08.2011).

139. Shotwell – Yorba. URL: http://yorba.org/shotwell/ (дата обращения: 03.08.2011).

140. Shutter - Feature-rich Screenshot Tool. URL: http://shutter-project.org/ (дата обращения: 03.08.2011).

141. UNetbootin - Homepage and Downloads – SourceForge. URL:http://unetbootin.sourceforge.net/ (дата обращения: 03.08.2011).

142. Main Page - FreeMind – SourceForge. URL: http://freemind.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page (дата обращения: 03.08.2011).

143. FreeMind — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/FreeMind (дата обращения: 03.08.2011).

144. Home - Freeplane - free mind mapping and knowledge – SourceForge. URL: http://freeplane.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page (дата обращения: 03.08.2011).

145. Форум проекта SMath - SMath Studio Forum. URL: http://ru.smath.info (дата обращения: 03.08.2011).

146. Редактор блок-схем. URL: http://vicking.narod.ru/flowchart/ (дата обращения: 03.08.2011).

147. MultiSystem, LiveUSB, MultiBoot, Ubuntu. URL: http://liveusb.info (дата обращения: 03.08.2011).

148. Installation - LiveUSB MultiBoot. URL:http://liveusb.info/dotclear/index.php?pages/install (дата обращения: 03.08.2011).

149. CDfs — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/CDfs (дата обращения: 03.08.2011).

150. dd — Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Dd (дата обращения: 03.08.2011).

29

УДК 004.91

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ (ЦИФРОВЫХ) ПУБЛИКАЦИЙ

С. Г. Маслов, доцент кафедры ТОИ ФИТ и ВТ, ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», Россия

msh.sci.it@gmail.com

В работе проведен системный анализ различных форм электронных изданий. Определены основные направления и проблемы их развития. Кратко описан подход формирования электронных изданий и системы знаний на основе активной расслоённой терминологической системы. Приведены некоторые схемы обсуждаемых аспектов создания электронных изданий.

The article covers systematic analysis of the various forms of electronic publications. The main trends and problems of their development are defined. Briefly described the approach of forming electronic publications and knowledge systems, based on an active stratified terminological system. Are given some diagrams of discussed aspects of the creating of electronic publications.

Устойчивое развитие личности и общества во многом определяются тем, в какой форме накапливаются, используются и распространяются знания, в какой степени эти знания становятся реальной созидающей силой. Это происходит только тогда, когда выполнен ряд условий:

• использование знаний сбалансировано между человеком (внутренняя среда) и компьютером (внешняя среда) в едином информационно-технологическом процессе;

• цена и ценность знания четко осознаны (приоритет в деятельности духовного и интеллектуального над материальным);

• непрерывность преобразования, от идеи до результата или продукта, от мировоззрения до практики, через теорию и технологию;

• целостность идеального и материального в едином объекте или процессе на уровне гармонизации жизненных процессов субъекта и его жизненной среды (например, проект интеграции – NBICS);

• система знаний достигает глубины и мудрости, то есть устойчивого развития человека, общества и природы.

Наша современная цивилизация формировалась на основе письменной культуры, однако в истории человечества имеется пример и бесписьменной цивилизации, в которой знания накапливались и передавались при помощи устной речи (Аркаим). Поэтому исследование и выбор форм и методов для

30

эффективного развития цивилизации не так прост, как может показаться на первый взгляд. Вопрос о том, какой путь приводит к более эффективному накоплению и использованию знаний, требует более детального анализа. На современном этапе развития цивилизации особую роль приобретает интеграция и синтез систем знаний, осознание субъектом границы знания и незнания.

Одной из актуальных форм распространения и интеграции знаний являются электронные (цифровые) книги. Они эффективно решили проблему транспортировки информации в пространстве, мультимедийного отображения информации, однако слабо решают проблемы конструктивного и креативного потенциала. Системный анализ сложившейся ситуации в этой области можно осуществить используя схему анализа объекта (в данном случае, е-издания или е-публикации) во взаимодействии с субъектом (читателем, автором, ...) и средой (рис. 1), а также проанализировав формы и виды е-изданий.

Важно понять как проектируется и реализуется, оценивается и используется е-издание. Как распределены функции между е-изданием и человеком? В какой степени виртуальная реальность помогает субъекту лучше понять физическую реальность и процессы её познания? Когда нужно перестраивать реальность, себя или среду и инструменты исследования? Как реализовать и организовать симбиоз человека с е-изданием? Как совместить личные и коллективные интересы в конструктивном процессе? А главное понять и оценить то, каким образом и как изменилась жизнь, после прочитанного?

Рисунок 1

Важно отметить, что е-издание коренным образом меняет характер чтения, накопления и использования знаний, переводя субъекта из пассивного созерцания к активной конструктивной и креативной деятельности, меняя себя и окружающую его среду, меняя процесс мышления.

31

В рамках этого анализа, выявляются типы читателей (наивный читатель (ведомый), гений игры (следопыт), генератор идей (мечтатель), творец (конструктор)), а также виды чтения (скорочтение или беглое чтение, фоточтение, ритмическое и аналитическое чтение, когнитивное, корректирующее, конативное и конструктивное чтение, см. рис. 2-4).

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Если в обычных условиях средний студент может прочитать за 50 лет 1.2Гб, читая по 2 часа в день, то главной проблемой становится не объем прочитанного, а объем использованной и порожденной информации, которая реально изменила жизненные процессы к лучшему. Однако, существующая система накопления и распространения информации провоцирует дублирование и «складирование» публикаций. Фактически, можно констатировать, что назрела потребность в новых формах публикаций (например, активных и конструктивных), результаты которых естественным образом включаются в информационно-технологические процессы, в профессиональную деятельность. Необходим переход к фондам, содержащим элементы знаний из которых строятся реальные информационно-технологические процессы, реализующие процессы творчества и эффективного использования ресурсов. Нужно не цитирование, а использование результатов, обеспечивающее переход к устойчивому развитию, к реальной экономике знаний.

Книга (или е-издание) как основной концентратор знаний продолжает бурно развиваться (рис.5), некоторые из которых кратко опишем. Е-издание (или е-публикация) как носитель отчужденного знания является формой

32

пространственно-временного взаимодействия субъектов и от её качества зависит и качество, получаемых результатов, а также эффективность познавательных и творческих процессов.

Рассмотрим кратко существующие виды книг (или публикаций) и определим основные их свойства и функции использования в процессе их развития.

Рисунок 5

Вторая группа содержит реалистичные книги как физические или печатные аналоги (в том числе и сканированные книги), которые создают иллюзию реальной книги [3, 4]. Кроме того, они часто включают функции выделения фрагментов текста, написания критических текстовых замечаний. Аналог печатной книги разделяется на независимые части, позволяющие более гибко собирать книги, а также формировать ссылки для цитирования (рис.6). Реализация полной физической аналогии во многом бессмысленна, как, например, воспроизведение ощущения, сопровождающие чтение обычной бумажной книги (эффект перелистывания страниц – японское устройство Paranga [5]). Происходит подмена главной функции книги – носитель знаний, второстепенной – фрагмент обстановки или впечатлений. Лучше всего реалистичная книга применима для сохранения старинных книг.

Третья группа содержит книги с расширенной функциональностью (конструктивное электронное издание, умная книга, активная книга, «ожившая» книга, «живая» книга).

Так конструктивные электронные издания (КЭИ) переключают внимание с простого когнитивного чтения на конструктивные процессы, вводят элементы адаптации к читателю, моделируя предметную область и самого читателя на основе построения системы понятий (СП) и взаимодействия организованного через схемные описания и интерактивные динамические образы (ИДО) [6, 7].

33

Рисунок 6

Кратко КЭИ можно описать следующим образом [8]: КЭИ = <СП, ИДО>, СП = <Л, C, МС>, Ф = {ИДО}, (1)

где • Ф – уровень формализованного описания формы;• Л – уровень формализованной логической структуры;• C – уровень формализованной структуры содержания;• МС – модель субъекта.

Умная книга включает средства открытия закономерностей на основе семантического анализа текста, развитую интерактивность, управление цифровыми правами, возможность работы на различных устройствах, открытые форматы [9].

Активная книга содержит активный код, позволяющий в реальном времени производить вычисления и организовывать проверку степени освоения материала книги. Реализованные активные книги позволяют изучать аппликативные вычислительные технологии и технологии семантического моделирования для конструкций языков программирования [10, 11].

«Ожившая» книга основана на достижениях методов компьютерного зрения и создания дополненной реальности. Здесь осуществляется интеграция отдельных элементов реального и виртуального миров, формируя

34

анимированные иллюстации для книги стихов, создавая атмосферу фантазий художника и поэта [12].

«Живая» книга чаще всего связывается с социальными сетями и анализом взаимодействия человека или группы лиц в процессе коммуникации с информационным пространством (например, LiveJournal). Важным аспектом этого вида книг является пространственно-временная траектория развития субъектов (личности или группы лиц), артефактов, проблем.

Четвертая группа книг (идеальная книга, X-book) – это интеграция и целостность на новом уровне развития системы знаний о субъекте, решаемых проблемах и природе. Кратко их можно охарактеризовать следующей группой свойств:

• транспортируемость (в пространстве и во времени),• масштабируемость (в пространстве и во времени, в концептуальном

пространстве), • многомерность (выявления базиса описания), • мультиязычность, • полисенсорность (сенсориум), • интерактивность, • рефлексивность (знание объекта о субъекте взаимодействия и о среде), • проективность (различные точки зрения), • достоверность, • интуитивность, • эмоциональность (Emotion, Comic Book, выделение слоев описания,

поддерживающих эмоциональное восприятие, например, либернетическое искусство, живопись, поэзия и другие формы),

• ассоциативность (автоматическое поддержание ссылочности или цитируемости),

• трансформируемость форм на основе автоматизированных процессов,• пространственно-временная взаимосвязь объектов и процессов;

и функций и операций:• терминологический, ассоциативный и семантический поиск и анализ,• аннотирование и реферирование, • открытие закономерностей (textual discovery tools, активный

эксперимент), • символьно-численный компьютинг (стратегии и тактики компьютинга,

стиль, форма, вид и техника программирования, вычисления с разреженными объектами, преобразования на уровне выражений в индексной форме),

• организация и использование коллективного опыта (экспертиза, сотрудничество,…),

• моделирование виртуальной реальности,

35

• поддержка образовательной и научно-исследовательской деятельности (стратегии, тактики, технологические схемы, процессы решения проблем, критерии и оценки, субъективные аспекты мышления).Разработка е-изданий в описанных формах выявляет ряд проблем,

которые связаны с реализацией группы или отдельные свойств объектов и функций. Опишем некоторые из них.

Пробела эффективного представления знаний для дескриптивно-конструктивной деятельности. Общую структуру знаний субъекта можно отобразить в виде схемы (рис. 7).

Рисунок 7

Учитывая схему анализа объекта (рис.1) и структуру знаний субъекта, опишем кратко, введенную ранее в работах [4-6], математическую структуру пространства дескриптивно-конструктивных знаний, которая строится в процессе ответа на особую систему вопросов (Q – см. рис.8). Каждый вопрос снабжается рядом модификаторов (2). Полная детализация описания структуры знаний представляет собой функцию g вида:

g: M×S×K×V×Q ® W, (2)где

• g – функция полной детализации описания структуры знаний;• M – модификаторы вида формализации (метафорическая, концептуальная,

математическая, ...);• S – модификаторы вида системных представлений (морфологический,

функциональный, либернетический,... – см. рис.9);• K – модификаторы слоя знаний (дескриптивный, конструктивный, ...);

36

• V – модификаторы форм представления (моносенсорные, бисенсорные, полисенсорные, ...);

• Q – система вопросов (рис.8);

Рисунок 8

• W – множество возможных ответов на задаваемые вопросы. В основу одного из вариантов реализации системы знаний идеальной

книги положена активная расслоённая терминологическая система и механизмы построения разнообразия постановок задач [13, 14].

• Проблема реализации эффективного синтеза и навигации. Эта проблема связана с использованием и развитием системы знаний. В наиболее общем виде ее можно представить следующим образом [15]:

• u(p, i, r, d): (a: A, R(a) b: B(a), Pr(a, b), R”(a, b) | N(a), R’(a)), (3)• где • u – преобразователь (т.е. универсальная машина), с p(программа),

i(инструмент), r(ресурс), d(собственные данные);• R(a) – описание ресурсов, выделенных, и реально потребляемых при

решении задачи;

37

• С(a, b) – свойства выхода (ограничения на b), • R”(a, b) – описание возвращаемых ресурсов;• N(a) – описание возможных неудач при решении задачи;

R’(a) – описание ресурсов, возвращаемых в случаях неудач.

Рисунок 9

Проблема полисенсорного представления. Она требует реализации двух схем взаимосвязи

• творец – артефакт – потребитель;• полисенсорность – интерактивность – взаимодействие – динамичность –

синестезии – масштабируемость во времени и пространстве.С этой проблемой связаны проблемы реализации виртуальной реальности

и симбиоза (а какой-то степени аналогично проблеме проактивности). Здесь целесообразно расширить данный список научными проблемами в виртуальной реальности, которые имеются в работе Qinping Zhao [16]:

1. Цифровые модели (Digital models) – моделируемость, вычислимость, понимаемость.

2. Сложность (Complexity) – измеряемость и оцениваемость моделей, порог упрощаемости.

3. Модель доверия (Model credibility) – сбалансированость моделируемости и удобство использования VR-приложений.

4. Модель сходства (Model similarity) – отношения подобия, сложность и разнообразие классификаций, измерение сходства и метрики для покрытия различных классификаций моделей (имеет смысл связать это с системой LS T R , а возможно и с I M T R ).

38

5. Качество изображения (Image quality) – стандарты для оценки сходства изображений и их качества (четкость и степень искажение), компьютерное зрение, распознавание изображений и поиск информации.

6. Соответствие режиму реального времени (Real-time fidelity) – разрыв между точностью и другими аспектами VR в режиме реального времени, производительность системы.

7. Базовые и мета элементы (Basic (meta) elements) – основные элементы определяющие физическое поведение реальных объектов.

8. Материальные и поведенческие модели (Material and behavior models) – глубокое понимание природы и движущих сил ее поведения, которые необходимы для разработки объектов / материалов, моделей движения и моделей поведения человека.

9. Интеграция изображения (Image integration) – интеграция геометрических моделей и графической среды.

10.Оценка производительности (Performance evaluation) – показатели производительности, приводящие к практическим результатам.

Следует также заметить, что в рамках проблемы реализации симбиоза между субъектом и объектом нужно обратить внимание не просто на производительность и режим реального времени, а на режим психофизиологических ритмов и явление резонанса.

В заключении следует отметить общую тенденцию в развитии жизненной среды, когда время создания материальных объектов резко сокращается, объекты содержат в себе систему управления и систему исполнения или проявления активности (аватары, смат-устройства, робототехнические системы,…). Все эти процессы проявляются и в е-изданиях, поэтому они становятся не просто системой хранения отчужденного знания, а скорее «живой» средой взаимодействия отчужденного знания с внутренним знанием субъекта (личности), эффективным средством сотрудничества и коммуникации.

Литература:1. Eva Siegenthaler, Pascal Wurtz, Rudolf Groner. Improving the Usability of E-Book Readers// JUS Vol. 6, Issue 1, November 2010, pp. 25-38. 2. Catherine C. Marshall Collection-Level Analysis Tools for Books Online. URL: http://freedownloadebooks.info/ebooks/collectionо-level-analysis-tools-for-books-online.html (дата обращения: 24.06.2012).3. Mark T.J. Carden, E-Books Are Not Books URL: http://www.sciweavers.org/publications/e-books-are-not-books (дата обращения: 24.06.2012).4. Yi-Chun Chu, David Bainbridge, Matt Jones and Ian H. Witten. Realistic Books: A Bizarre Homage to an Obsolete Medium? //Proceeding JCDL'04 Proceedings of the 4th ACM/IEEE-CS joint conference on Digital libraries, 78-86.

39

5. Реалистичная электронная книга. URL: http://gizmod.ru/2011/03/28/realistichnaya-yelektronnaya-kniga/ (дата обращения: 24.06.2012).6. Ilinykh M. S., Maslov S. G. Constructive Electronic Publishing Based on Notion System and Interactive Dynamic Images//Knowledge-Based Media Analysis for Self-Adaptive and Agile Multi-Media, Proc. of the European Workshop for the Integration of Knowledge, Semantics and Digital Media Technology, EWIMT 2004, November 25–26, 2004. — London, UK. 7. Maslov S. G. The problems of constructive reading creation //Proc. of the 9 th International Workshop on Computer Science and Information Technologies CSITґ2007, Ufa–Krasnousolsk, Russia — Ufa.: USATUPublishers, 2007. — P. 16–20.8. Ильиных М.С. Создание электронных изданий на основе системных представлений для поддержки профессиональной деятельности. Автореферат дисс. на соискание уч. ст. к.т.н., Ижевск: ГОУ ВПО ИжГТУ, 2004, 20 с. 9. Wolfgang Beer, Alexander Wagner Smart Books – Adding context-awareness and interaction to electronic books Proceeding MoMM'11 Proceedings of the 9th International Conference on Advances in Mobile Computing and Multimedia, 218-222.10. Активная система изучения комбинаторной логики в программировании (Active CloP). URL: http://jurinfor.ru/game/game63.php (дата обращения: 24.06.2012).11. Активная система изучения конструкций языков программирования (Active PLC). URL: http://jurinfor.ru/game/game62.php (дата обращения: 24.06.2012).12. Camille Scherrer, Julien Pilet, Pascal Fua, Vincent Lepetit. The Haunted Book. In Proc. IEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality 2008, 15-18 September, Cambridge, UK. 163-164.13. Маслов С.Г. Бельтюков А.П. Активная расслоенная терминологическая система.// Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление. - том 7 № 3 (12), 2011 - С.103-113. 14. Бельтюков А.П., Маслов С.Г. О разнообразии постановок задач в расслоеной терминологической среде // Технологии информатизации профессиональной деятельности (в науке, образовании и промышленности) - ТИПД-2011 : тр. 3 Всерос. науч. конф. с междунар. участием, Ижевск, 8-12 нояб. 2011 г. - Ижевск : Удмурт. ун-т, 2011. - [Т. 2]. - С. 25-31. 15. Maslov, S.G. Beltukov, A.P. Navigation and synthesis for stratified terminology environment In: Proc. of the 13-th international workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2011), Garmisch-Partenkirchen, Germany 2011, UGATU, UFA, pp. 168-171.16. Qinping Zhao, 10 Scientific Problems in Virtual Reality //Communications of the ACM, 02, 2011, vol. 54, no. 2. 116-118.

40

УДК 004.031.42

НАИБОЛЕЕ ПОПУЛЯРНЫЕ ПРОГРАММЫ. РЕЙТИНГ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

И. Ю. Анохина, доцент кафедры ВМиПДонецкий национальный технический университет, Украина

IngaTula@mail.ru

В работе проведён сравнительный анализ существующих рейтингов программного обеспечения. Определены наиболее популярные в сфере бизнеса направления развития программного обеспечения.

The comparative analysis of the existent rating of software is in-process conducted. The most popular in the field of business directions of development of software are certain.

Современный деловой человек должен не просто уметь работать на компьютере, он должен уметь профессионально его использовать для решения производственных задач. Прошли те времена, когда пользователь, умеющий набирать тексты и производить нехитрые расчеты в Excel, считался продвинутым. Требования к количеству и уровню освоения компьютерных программ возросли многократно. Однако компьютерных программ и пакетов слишком много, возникает вопрос, какие именно программы должен освоить деловой человек.

Не хотелось бы давать рекомендации, так как потребности у каждого профессионала свои, да и предпочитает каждый именно свой софт, свой стиль интерфейса, дизайн. И кроме этого, для одних имеет значение, есть ли русскоязычная версия пакета, а другие предпочитают программы – оригиналы на английском языке.

Как найти наиболее нужные программы, с чего начать знакомство. Есть ли смысл изучать столь популярный Microsoft Office или на смену ему пришли другие, более популярные программы? Вопросов множество и ответ каждый должен найти сам. Но с чего-то нужно начинать. И вот об этом я и хотела бы рассказать.

Существует несколько известных рейтингов, которые пользуются уважением профессионалов, и с которыми следует ознакомиться, делая выбор.

1. Одним из самых влиятельных компьютерных журналов в мире является журнал PC World (принадлежит компании Ziff Davis). Впервые он начал выходить в 1982г. Журнал PC World и его веб-сайт завоевали ряд наград от Folio, Американского общества редакторов, MIN, Ассоциации

41

западных изданий. Под именем «Мир ПК» этот журнал издается в странах СНГ с середины 90-х годов. Кроме профессиональных обзоров анонсирует новости рынка в различных направлениях IT – технологий, представляет новые разработки видео-,аудио- и фототехники [1]. Тестовая лаборатория журнала публикует рейтинг компьютерных программ, причем с отчетами о вариантах их тестирования, цифра 1, рис.1. Например, цифрой 2 на рисунке отмечены результаты текущего проведенного тестирования «Какой из браузеров действительно лучше?». Результаты опубликованы 19.09.2012 и содержат такие вопросы, как оценка возможностей браузера, легкости в использовании, уровня защиты и конфиденциальности. Более того, среди читателей журнала проводился опрос «Если бы вы могли выбрать только один браузер, какой выбор вы бы сделали», цифра 2 рисунка. В отличие от большинства Топов, это не просто Топ, это аналитический обзор причин победы в Топе. Журнал пользуется большим влиянием. Например, летом был опубликован анализ четырнадцати вариантов продуктов для информационной безопасности. Тестовая лаборатория журнала проверяла уровень обнаружение вредоносного кода, механизмы самозащиты, количество ложных срабатываний и производительность. Лучшим был признан продукт фирмы GDataInternetSecurity Германия)[2].

2. Следующим, на взгляд автора, по степени ценности информации является TOП авторитетного независимого фонда Top 100 Research, который оценивает рейтинг разработанного программного обеспечения [3,4], цифра 3 , рис.1. Так в 2008г. «Лаборатория Касперского» вошла в рейтинг мировых лидеров софтверной индустрии, По сравнению с 2007 г. компания увеличила свою выручку более чем в 2,7 раз, продемонстрировав второй после Google годовой рост – 177%. По результатам 2011 названы десять наиболее крупных компаний, производящих программное обеспечение. Это Microsoft, IBM и Oracle. Нужно отметить, что здесь при рейтинге оценивают уровень и тенденции изменения прибыли компаний-разработчиков программ.

3. Третье место по популярности проводимого рейтинга можно отдать румынскому веб-сайту softpedia.com, цифра 4, рис.1, [5]. По мнению Alexa Internet - это один из самых посещаемых сайтов в мире.

4. B последний, о чем хотелось бы рассказать, хотя и далеко не последний в списке, является рейтинг, проводимый компанией Alexa Internet, [6]. На их сайте можно оценить статистику посещаемости сайта. Это скорее топ в численной мере. Используются три характеристики : Alexa Traffic Rank (Global Rank, ранг в мире) и Alexa Traffic Rank (ранг в стране), которые определяются по среднему числу посетителей за текущий день и последние три месяца. Третий показатель имеет название Reputations (Репутация) и определяется количеством переходов по ссылкам. Наивысший ранг равен 1, по аналогии с первым местом. По резюме Alexa

42

Traffic сайт нашего вуза (donntu.edu.ua) имеет «относительно хороший трафик в г. Донецке». Поисковики целенаправленно переводят на сайт 28% посетителей, около 73% составляют случайные переходы при просматривании, допустим, страниц, посвященных образованию или поиску конспектов лекций вообще.

Рисунок 1

Анализируя мнения профессионалов [7-12] и оценки перечисленных выше рейтингов, можно сделать следующие выводы о том, какой софт необходимо иметь на компьютере:

1. Офисный пакет. По существу выбор предстоит делать между самым популярным проприетарным пакетом Microsoft Office и свободным кроссплатформенным конкурентом LibreOffice.

2. Браузеры. Наиболее популярной остаётся Internet Explorer. Следует отметить, что Mozilla Firefox продолжает набирать число своих сторонников.

43

3. Программы для работы с графикой представлены, как минимум, двумя направлениями: редакторы и просмотрщики. Самые популярные из них: ACDSee, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator.

4. Программа просмотра файлов в форматах PDF и DJVU. Среди программ этого класса можно рассмотреть Acrobat Reader, Foxit Reader, WinDJVU.

5. На компьютере должен быть хотя бы один архиватор. Лидером уже много лет является программа WinRAR, достойным конкурентом которой становится 7zip.

6. Программы для работы с CD/RW/DVD – программы которые позволяют записывать, копировать, создавать образы дисков. Самая мощная программа этого класса NERO. Наиболее конкурентноспособная программа K3b работает только под управлением unix подобных ОС.

7. Download-менеджеры – программы предназначены для закачки файлов из сети интернет: DownLoad Master, FlashGet, WinGet

8. Программы мгновенного обмена сообщениями : QIP, ICQ, Skype, Pidgin.

9. Антивирусные программы : Антивирус Касперского, ESET NOD32, Avast, McAfee, Dr.Web, Panda, Norton AntiVirus

Мы говорили о программном оснащении компьютера. Но с изучения каких программ следует начать?

По результатам рейтинга Top Ten Essential Computer Software Programs [13] был сформирован TOP10 наиболее популярных и нужных для бизнеса направлений программного обеспечения. При проведении рейтинга оценивалась степень использования программ в США, Англии и Германии. Программы представлены в порядке снижения актуальности.

1. Коммуникации и связь. Это и умение пользоваться электронной почтой, и умение разрабатывать сайты, работать, именно работать для рекламы своей продукции в социальных сетях, осуществлять видеосвязь и даже использовать чаты.

2. Поисковые системы. Они обеспечивают мгновенный доступ к информации, позволяют получать реальные данные о существующих тенденциях в выбранной сфере бизнеса, узнавать новости, читать аналитические отчеты.

3. Системы электронной коммерции, которая является одной из самых развивающихся отраслей в мире. Специалист по электронной коммерции становится одним из самых востребованных.

4. К необходимым навыкам следует отнести и умение хранить, искать и восстанавливать информацию. Времена, когда архивы занимали целые этажи, ушли безвозвратно. Сегодня, благодаря современным технологиям, на небольшом носителе можно хранить всю информацию о фирме, ее сотрудниках, прайсах, видах продукции.

44

5. Реклама всегда считалась двигателем торговли. Умение красиво представить информацию на страницах сайта, создать презентацию для доклада ценится высоко. Красочными изображениями легче убедить собеседника, чем длинной речью. А это обуславливает повышенный спрос на компьютерную рекламу и дизайн.

6. Научная организация труда предусматривает и решение таких офисных задач, как управление планированием, составление отчетности, счетов, управление инвентерем, складами и пр. Значит, следующее направление – офисные программы.

7. То, что теперь вряд ли кого-либо привлечет рукописный текст, не поддается сомнению. Поэтому профессиональный набор текста с умением грамотно выбрать форматирование, оформление, а при необходимости и цветовую гамму входит в необходимый «джентльменский» набор специалиста.

8. Телекоммуникации и удаленный бизнес. Сегодня удаленный бизнес – реалия времени и умение работать с мобильным лептопом, смарт- телефоном является также необходимым.

9. По утверждению создателей топа сегодня маркетинг ушел в онлайн. Раскрутка сайтов, медиа-маркетинг становятся все более необходимыми.

10.Дистанционное обеспечение набирает своих последователей. Вы можете дистанционно окончить курсы Гарварда, учиться в Оксфорде, читать лекции МГУ. Умение учиться самостоятельно, используя IT – технологии обеспечит вас возможностью быть всегда в курсе новых научных направлений, когда обучение в вузе уже завершилось.

Литература:1. Сайт журнала PCWorld. URL: http://www.pcworld.com (дата обращения:

25.09.2012).2. Сайт software.com. The worlds largest software companies. URL:

http://www.gdata-software.com/ (дата обращения: 25.09.2012).3. Программное обеспечение Global Top 100 - Edition 2011. URL:

http://www.softwaretop100.org/global-software-top-100-edition-2011 (дата обращения: 25.09.2012).

4. Рейтинг 100. URL: http://www.softwaretop100.org/ (дата обращения: 25.09.2012).

5. Сайт softpedia.com. Рейтинг 2011. URL: http://www.softpedia.com/popularity/ (дата обращения: 25.09.2012).

6. Сайт Alea Internet. Статистика о посещаемости сайтов. URL: http://www.alexa.com/(дата обращения: 25.09.2012).

7. TOP-100 программ для Windows. URL: http://freesoft.ru/top100.html (дата обращения: 25.09.2012).

45

8. Топ 10 бесплатных программ для Windows. URL: http://www.stavhelp.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=43 (дата обращения: 25.09.2012).

9. Лучшие и популярные программы на компьютер. URL: http://soft.vladskv.ru/best_programs/index.htm (дата обращения: 25.09.2012).

10.Софт современного компьютера. URL: http://black-full.kiev.ua/articls/90-soft.html (дата обращения: 25.09.2012).

11.ТОП лучших, самых популярных искачиваемых программ. URL: http://soft.vladskv.ru/ best_programs/populyarnye.php (дата обращения: 25.09.2012).

12.Национальная премия в области программного обеспечения «Софт года – 2011».URL: http://soft.mail.ru/award/news/30 (дата обращения: 25.09.2012).

13.Top Ten Essential Computer Software Programs URL: http://crunkish.com/top-ten-essential-computer-software (дата обращения: 25.09.2012).

46

СЕКЦИЯ 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ

УДК 004.8

ПРОГРАММНАЯ СИСТЕМА НЕЙРОСЕТЕВОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ ЭКГ

Ю.И. Давидюк, студент БГТУ Ю.В. Савицкий, доцент кафедры ИИТ

Брестский государственный технический университет, Беларусьshivedama@mail.ru

Целью работы является рассмотрение особенностей применения нейронных сетей в автоматизированном определении патологических изменений электрической активности сердца по ЭКГ. Сравнительный анализ результатов анализа ЭКГ и ЭЭГ сигналов.

The main purpose of this research is to examine the possibility of neural networks in the automated detection of pathological changes in the electrical activity of the heart by ECG. Comparative analysis of the results of the analysis of ECG and EEG signals.

На сегодняшний день существует много примеров использования нейросетевых технологий для медицинских прогнозов. Следует отметить, что нейросетевое направление является в настоящее время наиболее приоритетным в области работ, проводимых по искусственному интеллекту. Искусственные нейронные сети (НС) олицетворяют собой новую технологию обработки информации, связанную c переходом на принципиально новый нейросетевой базис. Высокая актуальность данного направления объясняется всё возрастающей потребностью в наличии эффективных средств для решения сложных нетривиальных задач в плохо формализуемых областях обработки информации.

Электрокардиограмма (ЭКГ) - это графическое представление разности потенциалов, возникающей во время работы сердца на поверхности тела, регистрируемой аппаратом под названием электрокардиограф в процессе электрокардиографии (рис. 1).

Измерение электрических импульсов сердца по ЭКГ является основным методом для выявления нарушений сердечной деятельности. Получение более глубокого представления о динамике поведения сердцебиения будет иметь

47

значимое применение в кардиологии, особенно если аномальное сердцебиение может быть охарактеризовано как хаотическое или детерминированное.

Обычно на электрокардиограмме можно выделить пять зубцов: P, Q, R, S, T (рис. 2). В редких случаях удается увидеть малозаметную волну U. Формирование соответствующих зубцов обусловлено распространением возбуждения в сердце и отражает этот процесс. Интервалы времени между последовательными зубцами P или R характеризуют длительность одного сердечного цикла [1].

Рисунок 1

Рисунок 2

Как можно заметить сигнал ЭКГ имеет некоторую периодичность, если же каждый цикл сердцебиения последовательно наложить друг на друга, то можно удостовериться в том, что сигнал ЭКГ имеет псевдопериодичный характер (рис. 3) [2].

Использование данных ЭКГ в качестве временных рядов, дает возможность применить в анализе сигнала сердечной активности методы теории хаоса. Ранние исследования показали то, что аномальное поведение сигнала имеет детерминированный (хаотический) характер, например, ЭКГ отображающее активность сердца при желудочковой тахикардии.

Ещё одним из важных показателей состояния здоровья человека является ЭЭГ головного мозга. Характер ЭЭГ определяется функциональным состоянием нервной ткани, а также протекающими в ней обменными

48

процессами. Нарушение кровоснабжения приводит к подавлению биоэлектрической активности коры больших полушарий. Важной особенностью ЭЭГ является ее спонтанный характер и автономность. В электроэнцефалографии различают четыре основных диапазона: альфа- (рис. 4(в)), бета- (рис. 4(г)), гамма- (рис. 4(б)) и тета-волны (рис. 4(а)) [3].

Рисунок 3

Рисунок 4

Одним из нейросетевых методов обнаружения аномалий в биомедицинских сигналах основан на теории хаоса. Хаос в динамике означает чувствительность динамической эволюции к изменениям начальных условий.

Старший показатель Ляпунова характеризует степень экспоненциального расхождения близких траекторий. Наличие у системы положительной экспоненты Ляпунова свидетельствует о том, что любые две близкие траектории быстро расходятся с течением времени, то есть имеет место чувствительность к значениям начальных условий.

49

Были проведены исследования по ЭКГ здорового человека (см. рис. 5) и ЭКГ человека с сердечной недостаточностью (см. рис.6).

Результаты анализа приводятся в табл. 1.

Рисунок 5

Рисунок 6

Таблица 1

Вид сигнала

Старший показатель Ляпунова

Lmin Lmax Lср

Нормальный сигнал -0.2879 0.3358 0.1271

Аномальный сигнал 0.0230 0.8121 0.1429

Для наглядного сравнения результаты исследований ЭКГ и ЭЭГ по одному алгоритму приведены в табл. 2.

Если рассматривать ЭЭГ, в которой зарегистрированы признаки эпилептической активности, то при расчете старшего показателя Ляпунова мы получим сегменты с отрицательным значением, что и является признаком эпилептической активности. Если же рассматривать ЭКГ, то мы получим на аномальных сегментах положительный старший показатель Ляпунова.

50

Таблица 2

Вид сигнала

Аномальный сигнал Нормальный сигнал

Lmin Lmax Lср Lmin Lmax Lср

ЭЭГ -1,1907 0,6556 -0,0362 0,0154 1,6701 1,0730ЭКГ 0.0230 0.8121 0.1429 -0.2879 0.3358 0.1271

Литература:1. Matjaˇz Perc. Nonlinear time series analysis of the human electrocardiogram.

Slovenia, 2005, pp. 758-761.2. Analysis and Modeling of ECG signals using nonlinear methods. URL:

http://lanoswww.epfl.ch/personal/schimmin/uni/beleg/body.html (дата обращения: 21.03.2012).

3. Р.М. Рангайян. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход / Пер. с англ. под ред. А.П. Немирко. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007 – с.49.

УДК 004.315.7

СТРУКТУРНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

А.С. Щелочкова, студентка Европейского университетаД.В. Бельков, доцент кафедры ВМиП ДонНТУ

Донецкий филиал Европейского университета, УкраинаДонецкий национальный технический университет, Украина

belkov@telenet.dn.ua

В работе рассматриваются структурные методы вычислений, в основе которых лежит крупноблочная концепция. Основными объектами, над которыми выполняются действия, являются крупные блоки данных: векторы и матрицы. Эффективность выполнения действий обеспечивается их непосредственной аппаратной поддержкой. Данные структуры могут быть использованы при проектировании устройств в среде САПР Altera Max Plus.

Structural methods of calculations are considered in the work. By the basic objects, above which actions are executed, there are large data blocks: vectors and matrices. Efficiency of implementation of actions is secured by their direct hardware support. The given structures can be used for device design in the CAD Altera Max Plus environment.

51

В работе рассматриваются структурные методы вычислений, в основе которых лежит крупноблочная концепция, предложенная Л. В. Канторовичем. В рамках этой концепции основными объектами являются крупные блоки данных: векторы и матрицы. Эффективность выполнения действий обеспечивается их непосредственной аппаратной поддержкой.

Крупные блоки данных содержат большое количество однотипных элементов, которые требуют однотипной обработки. Поэтому крупноблочные операционные устройства должны иметь однородные процессорные ячейки, которые могут работать одновременно. Для максимального распараллеливания обработки данных на микроуровне используются итеративные сети. Это регулярные структуры с распределенной обработкой, предложенные Ф. Хенни. При построении устройств на основе итеративных сетей осуществляется прямое отображение алгоритмов в схемы. Поэтому удается получить безизбыточные устройства высокой производительности.

Итеративная сеть представляет собой матрицу запоминающих элементов, на которою “наложена” однородная комбинационная схема. Такая структура является специализированным однородным процессором, относится к типу SIMD и является разновидностью однородной вычислительной среды.

Общий принцип работы спецпроцессора на основе итеративной сети состоит в следующем. После ввода в запоминающие элементы исходных данных (аргументов операции) и поступления на его граничные входы констант от устройства управления, процессор за один такт выполняет операцию, результаты которой вырабатываются на внешних выходах.

Рассмотрим арифметические действия на основе итеративных сетей.СЛОЖЕНИЕАргументами операции являются два m – разрядных двоичных числа:

слагаемые X и Y. Старшие разряды регистров слагаемых находятся слева. УстройствоПоследовательный двоичный сумматор. Комбинационная схема - вектор из

m ячеек (рис. 1). Схема ячейки показана на рис. 2.Ячейка сумматора выполняет следующие логические функции:

c '=cx∨cy∨xy , s '=cxy∨c¬( xy)∨¬(c) x¬( y)∨¬(cx) y .Граничное значение c0=0 поступает от устройства управления.

Значение суммы S=X+Y формируется на выходах s ' вектора ячеек. mx my ix iy 1x 1y … … 00 =c ms is 1s

Рисунок 1

52

x

c

c′

y

x y

c x y c x y x s′ c y y c x

&

&

&

1

1

&

&

&

&

1

1

1

Рисунок 2

ВЫЧИТАНИЕАргументами операции являются два m – разрядных двоичных числа:

уменьшаемое X и вычитаемое Y. Старшие разряды регистров уменьшаемого и вычитаемого находятся слева.

УстройствоПоследовательный двоичный вычитатель. Комбинационная схема - вектор

из m ячеек. Структура устройства показана на рис. 3, схема ячейки - на рис. 4.Ячейка вычитателя выполняет следующие логические функции:

z '=z¬(x)∨zy∨¬( x) y , r '=zxy∨z¬(xy)∨¬(z) x¬( y)∨¬(zx) yГраничное значение: z 0=0 поступает от устройства управления.

Значение разности R=X-Y формируется на выходах r ' вектора ячеек.

53

mx my ix iy 1x 1y

00 =z … … mr ir 1r

Рисунок 3

x

z

z′

y

x y

z x y z x y x s′ z y y z x

&

&

&

1

1

&

&

&

&

1

1

1

Рисунок4

УМНОЖЕНИЕАргументами операции являются два m – разрядных двоичных числа:

множимое X и множитель Y. Старшие разряды регистра множимого находятся слева, старшие разряды регистра множителя находятся сверху. Результат P является (2m – 1) - разрядным двоичным числом. Старшие разряды регистра произведения находятся слева.

АлгоритмУмножение, начиная со старших разрядов множителя, со сдвигом

множимого вправо. Метод состоит в следующем: На i – м шаге умножения сдвигаем на один разряд вправо (делим на 2) результат, полученный на

54

предыдущем (i-1) – м шаге. На первом шаге как результат сдвига используется множимое. Если i–я цифра множителя равна 1, то полученный результат добавляем к предыдущему и переходим к шагу (i+1). Если i–я цифра множителя равна 0, то переходим к (i+1) шагу.Число шагов равно числу разрядов множителя – m.

На рис. 5 показан пример умножения X=1001 на Y=0101. Результат: P=0101101.

1001 0 1001000 1 0100100 0 0010010 1 0001001

0101101 Рисунок 5

УстройствоМатричный однотактный умножитель. Комбинационная схема имеет m

строк по (2m-1) ячеек. Ячейка выполняет следующие логические функции: x в

'=x г , x г'=xв , y '= y , d=xв y , c '=cd∨cs∨ds ,

s '=cds∨c¬(ds)∨¬(c)d ¬( s)∨¬(cd ) s .Схема ячейки показана на рис. 6. Символом Σ обозначен комбинационный

одноразрядный сумматор. Граничные значения: x г0=c0=s0=0 поступают от устройства управления. Значение произведения P=XY формируется на выходах

s ' нижней строки ячеек.

ДЕЛЕНИЕ

Аргументами являются (2m–1) – разрядное делимое X и m – разрядный делитель Y. Старшие разряды регистров аргументов находятся слева. Старшие разряды регистра частного C находятся сверху.

АлгоритмДеление с незавершением (nonperforming division). Это частный случай

деления с восстановлением остатка. Метод состоит в следующем:На i–м шаге деления сдвигаем на один разряд влево (удваиваем) остаток S,

полученный во время предыдущего (i-1)– го шага: S:=2S . Во время первого шага 2S=X. Если 2S≥Y , то i–ю цифру частного делаем равной 1, вычисляем новое значение остатка: S:=2S-Y и переходим к шагу (i+1). Если 2S< Y , то i–ю цифру частного делаем равной 0, значение остатка сохраняем прежним:

55

S:=2S и переходим к шагу (i+1). Количество шагов равно числу разрядов частного – m.

вx s

y′ y d

c c′

гx s′ вx′

&

Σ

Рисунок 6

На рис. 7 показан пример деления X=0101101 на Y=1001. Результат: С=0101.

УстройствоМатричный однотактный делитель. Комбинационная схема имеет m строк

по (2m-1) ячеек. Ячейка выполняет следующие логические функции:c=r ' пр , d=cy , s '=syr∨ s¬( yr )∨¬(s) y¬(r )∨¬(sy) r

Символом r ' пр обозначен выход r ' на правой границе каждой строки в матрице ячеек. Схема ячейки показана на рис. 8.

0101101 2S<Y C=0 1011010 2S>Y C=1 1001000 0010010 0100100 2S<Y C=0 1001000 2S=Y C=1 1001000 0000000

Рисунок 7

56

c

s y d

r r ′

s′

&

Ξ

Рисунок 8

Символом Θ обозначен комбинационный одноразрядный вычитатель. Граничные значения z 0=1 , c0=s0=0 поступают от устройства управления. Значение частного C=X/Y формируется на выходах s ' .

В работе рассмотрены структурные методы вычислений над векторами и матрицами. Эффективность выполнения действий обеспечивается их непосредственной аппаратной поддержкой. Данные структуры могут быть использованы в учебном процессе в курсе «Автоматизированное проектирование цифровых устройств» с использованием САПР Altera Max Plus.

Литература:1. Фет Я.И. Параллельные процессоры для управляющих систем. М.:

Радио и связь, 1981.–157 с. 2. Карцев М.А., Брик В.А. Вычислительные системы и синхронная

арифметика. М.: Радио и связь, 1981.- 358 с.

УДК 338.2

УПРАВЛЕНИЕ ЗАПАСАМИ ПРЕДПРИЯТИЯ МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Н.Ю. Юрченко, студентка факультета экономики Е.Н. Едемская, ст. преподаватель каф. ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаnata_yurchenko@list.ru

57

Статья посвящена актуальной экономической задаче – управлению запасами предприятия. Для решения задачи использован метод динамического программирования. Предлагается программа оптимального выпуска изделий за плановый период, реализованная в среде VBA.

The article is devoted to an actual economic task - control of inventories of enterprise. For solving the task is used method of the dynamic programming. Is offered the program of optimum issue of wares for planned period, realized in the environment of VBA.

Объектом исследования данной работы является актуальная экономическая задача – управление запасами предприятия. Материально-производственные запасы – наименее ликвидная статья среди статей оборотных активов. Для обращения этой статьи в денежные средства требуется время не только для того, чтобы найти покупателя, но и для того, чтобы получить с него впоследствии оплату за продукцию.

Анализ производственных запасов имеет большое значение для эффективного финансового управления. Запасы могут составлять значительный удельный вес не только в составе оборотных активов, но и в целом в активах предприятия. Это может свидетельствовать о том, что предприятия испытывают затруднения со сбытом своей продукции, например из-за низкого качества продукции, нарушения технологии производства и выбора неэффективных методов реализации, недостаточным изучением рыночного спроса и конъюнктуры. Нарушение оптимального уровня материально-производственных запасов приводит к убыткам в деятельности компании, поскольку увеличивает расходы по хранению этих запасов, отвлекает из оборота ликвидные средства, увеличивает опасность обесценения товаров и снижения их потребительских качеств, приводит к потере клиентов, если это вызвано нарушением каких-либо характеристик товаров. В этой связи вопросы определения и поддержки оптимального объема запасов являются важным разделом финансовой деятельности [1].

Цель работы – разработать календарную программу оптимального выпуска изделий на плановый период. Решить задачу методом динамического программирования.

Динамическое программирование является одним из методов оптимизации, который применяется при решении большого числа задач, требующих упорядоченного перебора вариантов.

В задачах динамического программирования рассматривается процесс поведения некоторой системы во времени, причем состояние системы в каждый момент времени однозначно определяется числовыми значениями некоторого набора параметров и переменных. Операция выбора решения состоит в преобразовании этого набора в такой же набор с другими числовыми значениями. Дальнейшее поведение системы зависит только от текущего

58

состояния и выбираемого управления и не зависит от того, в каких состояниях находилась система до этого момента. Предприятие должно составить календарную программу выпуска некоторого вида изделия на плановый период, состоящий из N отрезков. Предполагается, что для каждого из этих отрезков имеется точный прогноз спроса на выпускаемую продукцию. Время изготовления партии изделий настолько мало, что им можно пренебречь. Соответственно продукция, изготавливаемая в течение отрезка t, может быть использована для полного и частичного покрытия спроса в течение этого отрезка времени. Для разных отрезков спрос неодинаков. Кроме того, на экономические показатели производства влияют размеры изготавливаемых партий, поэтому предприятию нередко бывает выгодно изготовлять в течение некоторого месяца продукцию в объеме, превышающем спрос в пределах этого отрезка, и хранить излишки, используя их для удовлетворения последующего спроса. Вместе с тем хранение возникающих при этом запасов связано с определенными затратами. В зависимости от обстоятельств затраты обусловлены такими факторами, как проценты на капитал, взятый взаймы для создания запасов; арендная плата за складские помещения; страховые взносы и расходы по содержанию запасов. Эти затраты необходимо учитывать и при установлении программы выпуска [2,3].

Предприятию необходимо разработать такую программу, при которой общая сумма затрат на производство и на содержание запасов минимизируется при условии полного и своевременного удовлетворения спроса на продукцию.

Для построения математической модели обозначим: x t – выпуск продукции в течение этапа t ; it – уровень запасов на конец этапа t ; Dt – спрос на продукцию в течение этапа t ; c t( x t ,i t) – затраты на этапе t .

При построении модели сделаем следующие допущения:1) величины Dt для всех t отображаются неотрицательными целыми

числами;2) к началу планового периода все Dt известны.Для каждого этапа t затраты зависят от выпуска продукции x t , уровня

запасов it на конец этапа и, кроме того, возможно, от значения t .Задача имеет вид:

Целевая функция: ∑i=1

N

ct (x t , it)→min (1)

Ограничения : x t=0, 1, 2, ... ; t=1, N ; (2)

iN=0 ; (3)it−1+ x t−it=Dt ; t=1, N (4)

В задаче необходимо минимизировать затраты (1) при ограничениях (2) — (4).

Согласно ограничению (4) уровень запасов на начало каждого этапа и объем выпуска продукции в течение этого этапа должен быть достаточно велик для того, чтобы уровень запасов на конец этапа был неотрицательным.

59

Требуется не только неотрицательность, но и целочисленность уровней запасов. Таким образом, требуется, чтобы it=0, 1, 2, ... ; t=1, N−1 ;

При составлении математической модели будем использовать систему индексов, при которой подстрочный индекс «1» соответствует конечному, а «N» – начальному состоянию. Обозначим: d n – спрос на продукцию на этапе

n , отстоящем от конца планового периода на n этапов (включая рассмотренный); cn( x , j) – затраты на этапе n , связанные с выпуском x единиц продукции и с содержанием запасов, уровень которых на конец этапа равен j единиц.

В этой системе обозначений d 1≡Dt и d n≡D1 , a c1(x , j)≡c N ( x , j) . Пусть уровень запасов на начало этапа определяет состояние системы в

начале любого этапа. В таком случае для принятия текущего решения об объеме выпуска не нужно знать, каким образом достигнут начальный уровень. Обозначим: f n(i) – стоимость, отвечающая стратегии минимальных затрат на

n оставшихся отрезков при начальном уровне запасов i ; xn(i ) – выпуск, обеспечивающий достижение f n(i) .

Согласно условию (3) уровень запасов на конец планового периода равен нулю, т.е. f 0(0)=0, n=0 .

При n=1 начальный уровень запасов i может определяться любым неотрицательным целым числом, не большим чем d 1 ; вне зависимости от значения i для полного удовлетворения потребности в пределах последнего отрезка объем выпуска должен быть равен (d 1−i) . Следовательно,

f 1(i)=c1(d 1−i , 0) ; i=0, d 1

В случае n=2 начальный уровень запасов равен i , а объем выпуска – x , и общие затраты для двух месяцев составляют c2( x , i+ x−d 2)+ f 1(i+ x−d 2) .

При этом предполагается, что выбранная стратегия для n=1 была оптимальной. Величина (i+ x−d 2) есть уровень запасов на конец этапа 2. Величина i может принимать любые неотрицательные, целочисленные значения, не превышающие (d 1+ d 2) . При заданном i целочисленное значение x должно быть не меньше чем d 2−i . Это обеспечивает полное удовлетворение потребности на этапе 2, но не больше чем d 1d 2−i , так как конечный запас равен нулю. Оптимальному объему выпуска соответствует такое значение x , при котором минимизируется целевая функция (1). Выполненный анализ ситуации для n=2 можно выразить следующей формулой (5):

f 2i =minx

[c2x , ix−d 2 f 1i x−d 2] , (5)где i=0, 1, 2, ... , d 1d2 , причем для отыскания минимума перебираются все неотрицательные целые значения x , заключенные в пределах

d 2−ixd 1d 2−i .

60

Таким образом, в данной задаче можно вычислить f N i0 , где i0 – уровень запасов на начало планового периода. Общее рекуррентное соотношение записывается в виде формулы (6):

f ni =minx

[cnx , ix−d n f n−1i x−d n] , n=1, N (6)где i=0, 1, 2, ... , d 1 ... d n , причем для отыскания минимума перебираются все неотрицательные целые значения x , заключенные в пределах

d n−ixd 1d 2 ... d n−i .Для реализации итеративной процедуры (6), представленой в данной

статье, предлагается программа, составленная в среде VBA. Определение оптимального выпуска продукции на заданный плановый период выполняется в режиме диалога, в процессе которого последовательно вводятся необходимые для решения задачи исходные данные. Результатом решения задачи является сводная таблица, содержащая все значения функций f ni .

Рассмотрим тестовый пример. Необходимо разработать календарную программу выпуска изделий на плановый период, состоящий из 6 отрезков. Предполагается, что спрос постоянен во времени и составляет 3 единицы. Производственные мощности и складские площади предприятия ограничены: выпуск в течение одного отрезка не может превысить 5 единиц, а уровень запасов на конец отрезка – 4 единицы. Функция затрат одинакова для всех отрезков планового периода и равна сумме двух элементов: первый из них относится к производству, а второй определяется стоимостью содержания запасов, которые являются линейной функцией объемов запасов. Производственные запасы рассматриваются как сумма условно постоянных затрат на операции по переналадке (13 условных единиц) и пропорциональных затрат, равных двум условным единицам на каждую единицу продукции: с(0) = 0, с(1) = 15, с(2) = 17, с(3) = 19, с(4) = 21, с(5) = 23. Затраты на содержание запасов h = 1. Задачу решить методом динамического программирования. Основная часть текста разработанной программы:Sub vypusk()N = Range("B2")XMAX = Range("B3")SMAX = Range("B4")H = Range("B5")For I = 1 To XMAXC(I) = Cells(I + 6, 3)Next IFor I = 1 To NSPROS(N - I + 1) = Cells(I + 12, 3)Next I'рассматривается конечный этапC(0) = 0If SMAX > SPROS(N) Then'макс. уровень запасов > спроса на этапеMIN = SPROS(N)Else

61

'макс. уровень запасов < спроса на этапеMIN = SMAXEnd IfFor I = 0 To MINXK = MIN - IFK(I, 1) = XK F(I, 1) = C(XK)Next ISS = SPROS(1)'рассматриваются предыдущие этапыFor K = 2 To NFor I = 0 To SMAX X = SPROS(K) - I MIN = 9999 If X < 0 Then X = 0 End If Do XK = I + X - SPROS(K) ST = C(X) + H * XK + F(XK, K - 1) If ST < MIN Then MIN = ST XM = X End If X = X + 1 Loop Until (X > XMAX) Or (XK = SMAX) Or (XK = SS)'затраты по выпуску продукции на этапах, связанные с уровнем 'запасов F(I, K) = MIN'выпуск продукции на этапах, связанный с уровнем запасов FK(I, K) = XMNext ISS = SS + SPROS(K)Next K'формирование плана выпуска в зависимости от уровня запасаFor I = 1 To XMAXPLAN(I, 1) = I - 1PLAN(I, 2) = INext IUrov(6) = 0X = FK(PLAN(0, 2), 6)PLAN(0, 1) = XFor K = N - 1 To 1 Step -1Urov(K) = Urov(K + 1) + X - SPROS(K + 1)X = FK(PLAN(Urov(K), 2), K)PLAN(K, 1) = XNext K

Исходные данные для решения тестовой задачи показаны на рис. 1. Результат решения тестовой задачи показан на рис. 2.

62

Рисунок 1

Рисунок 2.

В статье описана программа, разработанная в среде VBA, для определения календарной программы оптимального выпуска изделий за плановый период. Для решения задачи использован метод динамического программирования.

Программа может применяться на промышленных предприятиях любой формы собственности, занимающихся выпуском изделий, если имеется прогноз спроса.

Литература:1. Стерлигова Ф. Н. Управление запасами в целях поставок. – М.: Инфра,

2008. – 430c.2. Швайбфедер Дж. Эффективное управление запасами. – М.: Альпина

Бизнес Букс, 2006. – 304с.3. Сакович В.А., Балашевич М.И. Модели управления запасами. – Москва,

1986. – 319с.

63

УДК 004.274 (581.5)

АЛГОРИТМ АДРЕСАЦИИ МИКРОКОМАНД КОМПОЗИЦИОННОГО МИКРОПРОГРАММНОГО УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

С. Хмелевский, асс. Института информатики и электроники,К.Н. Ефименко, доцент кафедры ВМиП

Университет Зеленогурский, Польша,ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет», Украина

Предложен метод специальной адресации микрокоманд, позволяющий уменьшить число входов схемы адресации композиционного микропрограммного устройства управления (КМУУ). Адресация выполняется таким образом, чтобы каждая операторная линейная цепь КМУУ однозначно идентифицировалась минимальным числом разрядов, являющихся частью адреса микрокоманды, что уменьшает число LUT-элементов в схеме адресации КМУУ. Предложен алгоритм адресации и приведен пример его применения.

A method of addressing the special microinstructions, which allows to reduce the number of inputs the addressing scheme of compositional microprogram control unit (CMCU). Addressing is performed in such a way that each operational linear chain CMCU uniquely identify with the minimum number of digits that are part of the microinstruction address, reducing the number of elements in the LUT-addressing scheme CMCU. Are given an algorithm of special addressing and example of its application.

ВведениеКомпозиционные микропрограммные устройства управления (КМУУ)

являются эффективным средством реализации линейных алгоритмов управления [1,2]. Одной из моделей КМУУ является модель с общей памятью [3], позволяющая при определенных условиях уменьшить аппаратурные затраты в схеме адресации микрокоманд. В настоящее время микросхемы типа FPGA (field–programmable gate arrays) широко используются при реализации схем цифровых устройств [4]. Основу этих СБИС представляют макроячейки табличного типа, называемые LUT (look–up table). Как правило, LUT-элементы имеют ограниченное число входов (4-6) [5]. Для уменьшения числа LUT в схеме КМУУ необходимо уменьшить число аргументов и термов в системе функций адресации микрокоманд [1,6]. В работе предлагаются метод и алгоритм специальной адресации микрокоманд, позволяющие решить эту задачу при синтезе КМУУ с идентификацией выходов [7].

Целью исследования является уменьшение числа LUT-элементов в схеме КМУУ с идентификацией выходов за счет специальной адресации микрокоманд.

64

Задачей исследования является разработка нового метода синтеза КМУУ с идентификацией выходов, позволяющего оптимизировать схему адресации микрокоманд.

Представление алгоритма управления в виде граф-схемы алгоритма (ГСА) [6] определено наглядностью и широким применением аппарата ГСА в практике инженерного проектирования.

Общие теоретические положенияПусть алгоритм управления цифровой системы задан в виде ГСА Г,

содержащей начальную b0, конечную bE, операторные и условные вершины.

Операторные вершины образуют множество B1, имеющее М элементов. В

вершинах bq∈B1 записываются микрокоманды Yq⊆Y, где Y={y1,…,yN} -

множество микроопераций. В условных вершинах, образующих множество B2,

записываются элементы множества логических условий X={x1,…,xL}.

Вершины ГСА образуют множество B=B1∪B2∪{b0,bE}, элементы которого

связаны дугами из множества E.Пусть для ГСА Г найдено разбиение C={α1, …, αG} множества B1 на

операторные линейные цепи [2] и пусть для каждой пары соседних вершин ОЛЦ αg∈C выполняется условие

A(bgi+1)=A(bgi)+1 (i=1,...,Fg-1) (1)

где A(bg) - адрес микрокоманды, соответствующей вершине bg∈B1; i - номер

компоненты ОЛЦ. В этом случае устройство управления цифровой системы может быть реализовано в виде КМУУ U1 с идентификацией выходов (рис. 1).

Рисунок 1

65

Принцип функционирования КМУУ U1 следующий. По сигналу Start

триггер считывания TF устанавливается в единичное состояние (Fetch=1), а в счетчик CT записывается адрес первой микрокоманды микропрограммы, представленный переменными Tr ∈ T = {T1, …, TR}, где R = ]log2 M[. Если в CT

находится адрес A(bq) и вершина bq не является выходом Og ОЛЦ ag∈C, то

одновременно с записанными в этой вершине микрооперациями Y(bq)⊆Y

формируется сигнал y0. При y0=1 по сигналу Clock содержимое CT

увеличивается на единицу, что соответствует режиму адресации (1).Если bq=Og, то сигнал y0 = 0 и схема CC формирует функции

Ф = Ф (T′, X), (2)где T′⊆Т, |T′| = R1, Т′ = {T1, …,TR1} - множество адресных разрядов,

достаточное для однозначной идентификации выходов ОЛЦ αg∈C′, где C′ ⊆ С -

множество ОЛЦ, выходы которых не связаны с входом вершины bE. Если в CT

находится адрес A(bq) и ⟨bq, bЕ⟩∈E, то формируется сигнал yE, триггер TF

обнуляется и считывание микрокоманд из управляющей памяти СМ прекращается.

Таким образом, переменные Tr∈T, где |T|=R, используются для адресации

микрокоманд. При этом для однозначной идентификации ОЛЦ αg∈C достаточно R1=]log2G[ переменных, где G = |C|, и при выполнении условия

R1 < R (3)

число входов схемы CC минимизируется по сравнению с известными структурами КМУУ [1]. Однако в случае обычной процедуры адресации микрокоманд, адреса выходов имеют случайный характер, и для однозначной идентификации ОЛЦ может потребоваться больше, чем R1 переменных.

В работе предлагается метод специальной адресации микрокоманд, позволяющий уменьшить число переменных обратной связи до R0, где R1 ≤ R0

≤ R, что приводит к уменьшению числа LUT-элементов в схеме.Метод и алгоритм специальной адресации микрокоманд

Обозначим КМУУ со специальной адресацией микрокоманд символом U2.

Структуры КМУУ U1 и U2 совпадают, при этом в последнем, для формирования

адресов микрокоманд используются переменные Tr∈T′, где T′⊆T – множество

переменных, однозначно идентифицирующих ОЛЦ αg∈C, и |T′|=R1.

Адресация микрокоманд КМУУ U2 производится следующим образом [6].

Формируется вектор α=α1*α2*...*αG, где * - знак конкатенации, и каждой

компоненте этого вектора ставится в соответствие двоичный код A(bq), равный

66

уменьшенному на единицу двоичному эквиваленту разрядности R номера этой компоненты (1). Пусть алгоритм управления некоторой цифровой системы задан ГСА Г1 (рис. 2).

Рисунок 2

Множество ОЛЦ ГСА Г1 C={α1, …, α4}, где α1=⟨b1,b2,b3⟩, α2=⟨b4⟩, α3=⟨b5,b6,...,b9⟩, α4=⟨b10,b11⟩. В данном случае M=11, R=4 и результат адресации

показан на рис. 3, где символ U2(Г1), означает, что КМУУ U2 синтезируется по

ГСА Г1.

Для однозначной идентификации ОЛЦ αg∈C достаточно однозначной

идентификации её выхода Og кодом K(αg). В случае КМУУ U2(Г1) имеем:

A(O1)=0010, A(O2)=0011, A(O3)=1000, A(O4)=1010. Анализ этих адресов

показывает, что выходы ОЛЦ αg∈C не могут быть идентифицированы кодами

K(Og) разрядности R1=]log2G[=2, так как K(Og)=A(Og) для g=1,2,3,4. Таким

образом, в данном случае число сигналов обратной связи не уменьшается.

67

Рисунок 3

Нами предлагается рассматривать таблицу адресации, как регистр сдвига вправо, имеющий 2R разрядов. Специальная адресация микрокоманд выполняется при помощи следующей предлагаемой процедуры:1. Выполнить адресацию микрокоманд, удовлетворяющую (1).2. R0 = R1.

3. Построить таблицу адресации микрокоманд, имеющую 2R0 столбцов,

отмеченных R0 старшими переменными адреса, и 2R−R0 строк, отмеченных

R–R0 младшими переменными адреса.

4. Если выходы ОЛЦ αi,αj∈C находятся в одном столбце таблицы, то

осуществим сдвиг информации, начиная с первой вершины ОЛЦ αj (j>i).

Освобождающиеся клетки таблицы заполняем символами *. Сдвиг продолжаем до тех пор, пока выходы Oi и Oj не окажутся в разных столбцах таблицы.

5. Если выходы всех ОЛЦ αg∈C идентифицируются однозначно при

помощи R0 разрядов, то перейти к п.8.

6. Если в процессе сдвига произошел выход какой-либо вершины за пределы таблицы, то R0:=R0+1.

7. Если R0 < R, то перейти к п. 3.

8. Конец.В случае ГСА Г1, начальное значение R0 = 2 и исходная таблица адресации

микрокоманд КМУУ U2 показана на рис.3. Применение процедуры специальной адресации в данном примере выполняется следующим образом. На первом этапе информация сдвигается на 1 разряд вправо, начиная с вершины b4 (рис. 4 а). На втором этапе производится сдвиг на 1 разряд вправо, начиная с

вершины b10, что приводит к таблице адресации (рис. 4 б).

68

Рисунок 4

Теперь K(O1)=00, K(O2)=01, K(O3)=10, K(O4)=11, T′={T1,T2} и число сигналов обратной связи уменьшилось с R1=R=4 до R1=R0=2, что является минимальным значением переменной R2.

Отметим, что достижение минимального значения параметра R1 возможно не всегда и зависит от сочетания таких параметров ГСА, как число ОЛЦ, число компонент в ОЛЦ, число операторных вершин, число несущественных наборов адресных переменных. Авторами было проведено исследование влияния числа вершин ГСА Г на число LUT-элементов в схеме адресации микрокоманд при различных комбинациях указанных выше параметров. При этом по мере увеличения числа микрокоманд и общего числа ОЛЦ выигрыш постепенно снижается.

ЗаключениеПредлагаемый в работе метод специальной адресации микрокоманд КМУУ

позволяет уменьшить число сигналов обратной связи схемы адресации микрокоманд. Это приводит к уменьшению требований к числу входов LUT-элементов, реализующих схему СС. При этом появляется потенциальная возможность уменьшения аппаратурных затрат и времени такта КМУУ по сравнению с методом произвольной адресации микрокоманд.

Исследования авторов показали, что при выполнении условия (3) и R1=R0 число LUT-элементов в схеме СС уменьшается на 6-16%, а число уровней схемы уменьшается на 1-3 по сравнению с известным методом адресации микрокоманд [4]. Таким образом, в данном случае оптимизация аппаратурных затрат сопровождается увеличением быстродействия устройств управления.

Литература1. Barkalov A., Titarenko L. Logic synthesis for compositional microprogram

control units. – Berlin: Springer, 2009. -272 pp. 2. Палагин А.В., Баркалов А.А. и др. Проектирование реконфигурируемых

цифровых систем. – Луганск: Издательство ВНУ, 2011. – 432 с.

69

3. Barkalov A., Titarenko L. Logic synthesis for FSM-based control units. – Berlin: Springer, 2009. -233 pp.

4. Maxfield S. The Design Warrior’s Guide to FPGAs. – Amsterdam: Elsevier, 2004. – 541 pp.

5. www.xilinx.com, www.altera.com.6. Baranov S. Logic and System Design of Digital Systems. - Tallinn: TTU, 2008.

- 266 pp. 7. Ковалев С.А., Мальчева Р.В., Ефименко К.Н. Синтез композиционного

устройства управления с идентификацией выходов/ Наукові праці ДонНТУ. Серія „ІКОТ”. Випуск 8/ – Донецьк: ДонНТУ, 2007. – С.133-140.

УДК 051.73

ГЕНЕРАТОР ОДНОМЕРНЫХ ДИСКРЕТНЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

А.В. Иваницкая , студентка факультета экономики, Е.Н. Едемская, ст. преподаватель каф. ВМиП

Донецкий национальный технический университетSvetivadon@yandex.ru

Целью данной работы является исследование одномерных дискретных отображений, как модели динамических систем. Исследование в статье выполнено с помощью разработанной программы - генератора отображений.

The purpose of this work is the research of one dimensional discrete reflections, as the dynamic system models. Research in the article is executed by the developed program – reflection generator.

О динамической системе говорят в том случае, если можно указать такой набор величин, называемых динамическими переменными и характеризующих состояние системы, что их значения в любой последующий момент времени получаются из исходного набора по определенному правилу. Это правило задает оператор эволюции системы. Если состояние системы задается набором N величин, то изменение состояния во времени, или динамику системы, можно представить как движение точки на траектории в N-мерном фазовом пространстве, которую называют фазовой траекторией.

В последнее время и в теоретических исследованиях, и в работах прикладного характера рассматриваются системы с дискретным временем, которые описываются рекуррентными отображениями. В этом случае под фазовой траекторией следует понимать некоторую дискретную

70

последовательность точек в фазовом пространстве. Выделяют два класса динамических систем – консервативные и диссипативные [1].

В физике свойство консервативности понимается как сохранение энергии. Например, механические колебательные системы в отсутствие трения относятся к консервативным системам. При наличии трения механическая энергия не сохраняется, а постепенно рассеивается (диссипирует) и переходит в тепло, т.е. в энергию микроскопического движения молекул, составляющих систему и ее окружение. Это будет диссипативная динамическая система.

В таких системах возникают сложные хаотические режимы. Они характеризуются нерегулярным, похожим на случайный процесс, изменением динамических переменных во времени. В диссипативных системах хаос ассоциируется с наличием в фазовом пространстве странных аттракторов – сложно устроенных фрактальных множеств, притягивающих к себе все траектории из некоторой прилегающей области (бассейна аттрактора) [2,3].

Целью данной статьи является исследование одномерных дискретных отображений, как модели динамических систем. Задача работы - разработка программы построения динамических рядов, фазовых портретов и бифуркационных диаграмм одномерных дискретных отображений. Отображения выбираются исследователем в меню программы.

В статье рассматриваются системы [1], состояние которых описываются единственной переменной х, т.е. фазовое пространство одномерно, а оператор эволюции задается рекуррентным отображением вида

xn+1=f(xn),

где n – дискретное время. Их анализ является важным, поскольку эти простые системы имеют много свойств, встречающиеся в более сложных ситуациях. Разработанная в статье программа генерирует для исследования следующие отображения.

Логистическое отображение задается формулойxn+1=1-l xn

2,

где xn – динамическая переменная, а l – параметр, от величины которого

зависит характер динамики. Это искусственно сконструированная модель динамической системы, но она имеет достаточно реалистичную интерпретацию в биологии для описания динамики численности некоторых биологических популяций. На рис. 1 показан фазовый портрет системы при l=2.

На рис. 2 представлена бифуркационная диаграмма модели. На график нанесены возможные величины х, соответствующие различным значениям l. Несмотря на хаотичность системы, имеет место определенная упорядоченность в ее возможных решениях. На нижних уровнях l существуют единичные равновесные решения. Видны также точки бифуркаций и область хаоса между значениями l, равными 1,3 и 2. Но и в хаотической области наблюдается некий порядок.

71

Рисунок 1

Рисунок 2

На рис. 3 показана бифуркационная диаграмма в диапазоне l от 1,3 до 2 на графике с более высоким разрешением. На этом уровне детализации можно видеть, что хаотическая область не сплошь покрыта точками.

На графике существуют области, где точки сгущаются, в то же время их прорезают белые полосы, где порядка больше чем хаоса (l<1,4).

Если эти полосы увеличить, то в них обнаружатся еще меньшие участки, подобные целому, и так до бесконечности. На рис. 4 показана такая полоса в диапазоне l от 1,72 до 1,8.

Бифуркационная диаграмма представляет множество возможных решений уравнения. Все точки в хаотической области статистически не равновероятны. Темные полосы и устойчивые в широком диапазоне решения указывают на изменчивость вероятностей при возрастании l. При каждом l в хаотической

72

области имеется бесконечное количество решений, заключенных в конечном пространстве.

Рисунок 3

Рисунок 4

Отображение "тент" задается формулой xn1={xn

ƛ, 0xnƛ

1−x n

1−ƛ, ƛxn1} (1)

73

где l - положительный параметр, меньший 1. Частный случай симметричного тента получается при l=1/2. Оно получило название за форму своего графика, напоминающего палатку – тент.

На рис. 5 показан фазовый портрет для отображения "симметричный тент". На рис. 6 показан фазовый портрет модификации этого отображения –

"косой тент".

Рисунок 5

Рисунок 6

На рис. 7 представлена бифуркационная диаграмма изучаемого процесса. На график нанесены величины хi, соответствующие различным значениям l. Из

графика видно, что, несмотря на хаотичность отображения, имеет место

74

определенная упорядоченность в его возможных решениях. При малых значениях l существуют равновесные решения.

Рисунок 7

Рисунок 8

На этом уровне детализации можно видеть, что хаотическая область не сплошь покрыта точками. Существуют области, где точки сгущаются (хаос увеличивается). Имеются белые “окна”, в которых порядка больше, чем хаоса. Эти “окна” иллюстрируют фрактальную природу изучаемой системы. На рис. 8 показано множество белых “окон” для диапазона 0,35 l 0,65. При

75

увеличении степени детализации становятся заметны все меньшие и меньшие участки, подобные целому. Такого рода самоподобие образует фрактал.

Бифуркационная диаграмма представляет множество возможных решений уравнения. Все точки в хаотической области статистически не равновероятны. Темные полосы и устойчивые в широком диапазоне решения указывают на изменчивость вероятностей при возрастании l . При каждом l в хаотической области имеется бесконечное количество решений, заключенных в конечном пространстве.

В данной работе для исследования динамических систем разработана программа – генератор одномерных дискретных отображений. В зависимости от выбора пользователя она позволяет моделировать динамику различных отображений и строить графики временных рядов и бифукарционные диаграммы. Статья содержит примеры использования программы с целью исследования динамики отображений.

Литература 1. Чуличков А.И. Математические модели нелинейной динамики. М.:

Физматлит, 2003. – 296 с.2. Мун Ф. Хаотические колебания. Москва: Мир, 1990. – 312 с.3. Терехов С.В. Фракталы и физика подобия. Донецк, 2010. – 255 с.

УДК 622.232

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РУНГЕ-КУТТА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

А. Новиков, студент физико-металлургического факультетаВ.И. Зензеров, канд. тех. наук, доц. каф. ВМП

Донецкий национальный технический университет, Украинаmpvik@3g.ua

В работе предлагается программный комплекс для ПЭВМ, позволяющий решать задачи исследования и расчета параметров гидропривода механизированных крепей.

It is proposed a software package for the PC, allowing to solve problems of research and calculation of parameters of hydrodrive powered roof supports.

В настоящее время полученные результаты исследований параметров гидропривода горных машин не обеспечивают достаточно полное решение задачи математического моделирования гидропривода, для автоматизации

76

выбора его рациональных параметров и обоснованного внесения изменений в конструкцию гидропривода на этапе проектирования.

Целью работы является разработка алгоритма и программы моделирования работы гидросистемы механизированной крепи для автоматизация процесса проектирования гидропривода горных машин

В состав гидропривода горных машин входят насосные станции, гидромагистрали, рукава высокого давления, блоки управления и исполнительные гидроцилиндры. Каждый из гидроэлементов характеризуется величинами перемещения (Xi), давления (Pi), расхода жидкости на входе (qi) и выходе (qi+1), коэффициента упругости (Ci), коэффициента гидравлического сопротивления (ξi), перемещаемой массы (mi) и площадей поперечных сечений (fi). Гидромеханическая схема стандартного гидроэлемента гидропривода горных машин представлена на рис. 1.

Рисунок 1

При составлении схемы использованы исследования и графические обозначения, приведенные в работах [1, 2, 3, 4].

Работа гидроэлемента описывается двумя типами уравнений:1. Дифференциальные уравнения движения элементов системы,

составленные по принципу Даламбера;2. Уравнения баланса расходов, учитывающие, что жидкость в

гидросистеме неразрывна и однородна.На основании правила узлов и ветвей [5, 6] составим математическую

модель гидроэлемента, схема которого приведена на рис. 1.Движение рабочей жидкости от входа до выхода гидроэлемента

описывается системой трех дифференциальных уравнений (1):

{dP i

dt=

1C i

qi−qi1

dq i

dt=

f i 2

mi

Pi−ξ i qi2−Pi1

dX i

dt=β i qi1

, (1)

где βi – коэффициент мультипликации i-ого исполнительного гидроцилиндра.

77

На основании схемы и математического описания стандартного гидроэлемента строится гидромеханическая схема гидропривода горной машины и математическая модель для выполнения расчетов параметров на этапе проектирования или модернизации машины.

Специфичность гидропривода определяет особенности и сложности математического описания процессов, протекающих в его гидроэлементах. Суммарное количество уравнений, входящих в систему, зависит от числа моделируемых одновременно работающих гидроцилиндров. Для примера, при расчете гидросистемы четырехстоечной секции крепи типа МТ во время выполнения операции передвижения с одновременной разгрузкой необходимо моделирование одновременной работы шести гидроцилиндров, что соответствует решению системы сорока одного дифференциального нелинейного уравнения. Число уравнений может изменяться в процессе моделирования в результате разного времени начала и окончания выполнения технологической операции различными гидроцилиндрами [7].

Перечисленные выше особенности расчетов показывают необходимость разработки алгоритмов и программ на ПЭВМ, позволяющих получить необходимый объем данных о динамике работы проектируемого гидропривода, что дает возможность автоматизировать процесс проектирования и сократить объем и трудоемкость экспериментальных и доводочных работ в целом.

На рис. 2 приведен укрупненный алгоритм математического моделирования динамики работы гидропривода горных машин.

Разработанный алгоритм позволяет моделировать как выполнение отдельной технологической операции, так и последовательности операций, заданных пользователем.

Приближенное решение системы нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка осуществляется с помощью метода Рунге-Кутта.

Блок-схема алгоритма метода Рунге-Кутта приведена на рис. 3 — 4.Метод имеет четвертый порядок точности, устойчив и для получения

решения в следующей точке требует значения решения только в одной предыдущей точке.

Основной особенностью функционального построения алгоритма является одновременная реализация возможности моделирования силовой и кинетической разгрузки гидроцилиндров.

Силовая разгрузка гидроцилиндра – это процесс набора давления в напорной полости гидроцилиндра и сброс давления в сливной полости без перемещения поршня гидроцилиндра. Кинетическая разгрузка гидроцилиндра – это процесс перемещения поршня гидроцилиндра на заданную величину Хmaxi.

Согласно приведенного алгоритма разработана программа на алгоритмическом языке DELPHI для ПЭВМ. Программа позволяет задавать последовательность моделирования операций технологического цикла работы механизированной крепи, автоматически осуществлять пошаговый контроль перемещения каждого гидроцилиндра и переформировывать систему

78

дифференциальных уравнений при достижении каким-либо гидроцилиндром максимального заданного значения перемещения, продолжая при этом процесс моделирования для оставшихся гидроцилиндров.

Для визуального отображения процесса моделирования и ввода исходных данных разработана форма, представленная на рис. 5. Нажатие кнопки «Решение системы» (Button1) приведет к расчету точек системы, которые будут выведены в текстовую область (Memo1), и построению графиков.

В качестве контрольного примера был выполнен процесс моделирования операции перемещения на пласте с углом падения 350 секции крепи 1М88Н с одновременной разгрузкой гидростоек (параллельная работа трех гидроцилиндров), что соответствовало решению системы 23 дифференциальных уравнений.

Исходные данные [7, 8]:• количество гидроцилиндров – 3• давление жидкости в напорной гидромагистрали – 20 МПа• величина перемещения секции крепи – 0,68 м• максимальный расход рабочей жидкости – 1,32х10-3 м3/с• максимальный угол падения пласта – 350

• площади напорной и сливной полостей гидроцилиндров:• гидростойки:

• напорная – 0,13 м2;• сливная – 0,05 м2;

• гидродомкрат:• напорная – 0,08 м2;• сливная – 0,03 м2;

После запуска процесса моделирования на экране с заданным временным интервалом выводятся данные о величине перемещения каждого гидроцилиндра и значения давлений и расходов жидкости в напорной и сливной гидромагистралях и полостях гидроцилиндров.

Для оценки погрешности моделирования гидропривода горных машин на основании разработанной математической модели и алгоритма, выполнены экспериментальные исследования работы гидросистемы секций механизированной крепи.

Расхождение между теоретическими и экспериментальными данными с учетом погрешности измерения параметров не превышает 7-15 %.

Разработанный алгоритм и программный комплекс включены в состав математического обеспечения системы автоматизированного проектирования гидропривода механизированных крепей (САПГМК).

79

Рисунок 2

80

Н АЧ А Л О

Ввод исходных данных

1

Задание последовательности

моделирования операций технологического цикла

2

j=1

3

Вычисление массива коэффициентов A(9N+7) для

j операции

4

Задание вектора начальных значений и параметров

интегрирования

5

KX=0

6

Решение системы дифференциальных уравнений:

Runge_Kutta()

7

Моделирование j операции закончено?

8

Всеоперации

промоделированы?

11

Формирование матрицы результатов

9

NDIM=6N-2KX+5

10

j=j+1

12

К О Н Е Ц

Нет

Нет

Да

Да

Рисунок 3

81

Procedure Runge_Kutta()

Вычисление количества уравнений Num

Вычисление шага моделирования Delt

Задание первой точки моделирования

I0 … Steps-1

+1

J0 … Num-1

+1

Coefs1[J]=FunArray[J](Vars)*deltVars2[0]=Vars[0]+delt/2

K0 … Num

+1

Vars2[K]=Vars[K]+Coefs1[K-1]/2

J0 … Num-1

+1

Coefs2[J]=FunArray[J](Vars2)*deltVars3[0]=Vars[0]+delt/2

K0 … Num

+1

Vars3[K]=Vars[K]+Coefs2[K-1]/2

1-й коэффициент

2-й коэффициент

Return

12

Рисунок 4

82

J0 … Num-1

+1

Coefs3[J]=FunArray[J](Vars3)*delt

Vars4[0]=Vars[0]+delt

K0 … Num

+1

Vars4[K]=Vars[K]+Coefs3[K-1]

J0 … Num-1

+1

Coefs4[J]=FunArray[J](Vars4)*delt

Vars[0]=Vars[0]+delt

K0 … Num

+1

Vars[K]=Vars[K]+1/6*(Coefs1[K-1]+2*(Coefs2[K-1]+ Coefs3[K-1])+Coefs4[K-1])

3-й коэффициент

4-й коэффициент

1

J0 … Num

+1

Res[J,I+1]=Vars[J]

2

Вычисление значения в следующей точке

Запись результатов в матрицу результатов

Рисунок 5

Литература:1. Пономаренко Ю.Ф., Баландин А.А. Инженерная методика

проектного расчета параметров гидросистемы механизированных крепей. – М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1981. – 22 с.

2. Расчет и конструирование гидроприводов механизированных крепей / Ю.Ф. Пономаренко, А.А. Баландин, И.Т. Богатырев и др. // Под общ. ред. Ю.Ф. Пономаренко. – М.: Машиностроение, 1961. – 327 с.

3. Хандрос А.Х., Молчановский Е.Г. Динамика и моделирование гидроприводов станков. – М.: Машиностроение, 1969. – 156 с.

4. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. – М.: Недра, 1982. – 368 с.

5. Тесленко А.И. Основы гидравлических расчетов механизированных крепей. – М.: Недра, 1974. – 216 с.

6. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975. – 559 с.

7. Математическое моделирование и расчет параметров систем угольных шахт и забойного оборудования: Монография / С.С. Гребенкин, В.Н. Павлыш, А.В. Агафонов, В.В. Косарев, В.В. Радченко, В.Д. Рябичев, В.П. Глебов, В.И. Зензеров, А.И. Егурнов. – Донецк: ВИК, 2007. – 263 с.

83

8. Основы создания и эффективной эксплуатации систем жизнеобеспечения очистного оборудования для угольных шахт: [моногр.] / [С.С. Гребёнкин, В.В. Косарев, С.Е. Топчий, Н.И. Стадник, В.И. Зензеров, В.В. Стеблин, Б.А. Перепелица, В.Н. Поповский]; под общей редакцией Гребенкина С.С. и Косарева В.В. – Донецк: «ВИК», 2009. – 375с.

УДК 681.3.07

ПОИСК КРАТЧАЙШИХ РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ВСЕМИ ВЕРШИНАМИ ГРАФА АЛГОРИТМОМ ФЛОЙДА

С.С. Киселёва, студентка физико-металлургического факультетаО.М. Копытова, доцент каф. ВМиП

Донецкий национальный технический университет, sima.kiseliova@yandex.ua

Рассматривается задача нахождения кратчайших расстояний между всеми парами вершин взвешенного ориентированного графа. Представлен алгоритм Флойда с визуализацией найденного пути для двух заданных вершин.

The problem of finding the shortest distance between all pairs of vertices of a weighted directed graph is examined. The Floyd algorithm with visualization of the found path for the two specified vertices is presented.

ВведениеВ статье рассматривается классическая задача дискретной математики −

задача нахождения кратчайших расстояний между всеми вершинами взвешенного ориентированного графа. Эта задача широко используется в различных областях. Например: «транспортные задачи», в которых вершинами графа являются пункты, а ребрами − дороги (автомобильные, железные и др); «технологические задачи», в которых вершины отражают производственные элементы (заводы, цеха, станки и т.д.), а дуги − потоки сырья, материалов и продукции между ними; задачи календарно-сетевого планирования и управления, в которых вершины − операции, а дуги − требуемые ресурсы, и другие задачи.

В работе описан классический алгоритм решения данной задачи − алгоритм Флойда [1-3], который программно реализован в среде Delphi. Результатом является матрица кратчайших расстояний между всеми парами вершин графа, а также изображение графа с выделенными ребрами, принадлежащими найденному кратчайшему пути между двумя заданными вершинами.

84

Постановка задачиВведем необходимые понятия из теории графов. Графом G=(V,E)

называется упорядоченная пара множеств, первое из которых содержит вершины графа, а второе – его рёбра. Для определенности положим, что вершины графа последовательно пронумерованы от 1 до n. Ребро (i,j) связывает между собой две вершины i и j. На рисунках вершины графа изображаются кружочками, а рёбра – линиями. Граф может быть ориентированным или неориентированным. Ребра ориентированного графа принято называть дугами. По дуге (i,j) ориентированного графа можно проходить в одном направлении: i−>j. По рёбрам неориентированного графа можно проходить в обоих направлениях, то есть наличие ребра (i, j) означает, что существуют два пути: i−>j и j−>i..

На практике зачастую важным является не только возможность перемещения из одной вершины в другую, а и так называемая «стоимость» этого перемещения. Это может быть время, потраченное на перемещение, или длина пути, по которому выполняется перемещение, или другие количественные характеристики. Такая количественная характеристика называется весом ребра и обычно обозначается числом над ребром.

Часто в задачах встречается следующая конструкция – есть города и дороги, их соединяющие, причем у каждой дороги есть длина. В терминах теории графов города − это вершины, дороги − ребра (или дуги), а длина дороги − вес ребра (или вес дуги). Тогда фраза «найти минимальное расстояние между вершинами i и j в графе» означает следующее: «Есть города и соединяющие их дороги известной длины. Требуется найти длину кратчайшего пути от города i до города j, если двигаться можно только по дорогам».

Более строгая формулировка этой задачи следующая: дан ориентированный граф G = (V, Е) с n вершинами. Каждой дуге (i,j) этого графа сопоставлен неотрицательный вес dij. Если дуги (i, j) нет, то элемент dij

равен бесконечности. Общая задача поиска кратчайших путей заключается в нахождении для каждой упорядоченной пары вершин (i, j) любого такого пути от вершины i в вершину j, длина которого минимальна среди всех возможных путей от i к j.

Целью работы является программная реализация алгоритма Флойда, выполняющего поиск кратчайших путей между всеми вершинами графа.

Формальное описание алгоритма ФлойдаДанный алгоритм находит кратчайшие пути между любыми двумя

вершинами графа. В этом алгоритме граф представлен в виде квадратной матрицы D расстояний (весов) с n строками и n столбцами. Элемент D[i, j] равен расстоянию dij от вершины i к вершине j, которое имеет конечное значение, если существует дуга (i, j), и равен бесконечности в противном случае. В качестве бесконечности выберем достаточно большое число так,

85

чтобы оно было больше длины любого пути в этом графе (в нижеследующем примере это 1000).

Идея алгоритма в следующем. Пусть есть три вершины i, j и k, и заданы расстояния между ними (см. рис. 1). Если выполняется неравенство d ij + djk < dik, то имеет смысл заменить путь i−>k путем i−>j−>k. В процессе выполнения алгоритма Флойда такая замена (далее ее будем условно называть треугольным оператором) выполняется систематически.

Рисунок 1

Алгоритм носит итеративный характер и состоит в построении матрицы Аk

размера n*n, в которой вычисляются длины кратчайших путей. Верхний индекс k обозначает значение матрицы А после k-й итерации, где k изменяется от 0 до n. Это не означает, что существует n различных матриц, этот индекс используется для сокращения записи

Шаг 0. k=0. А0 [i, j] = D[i, j] для всех i, отличных от j. Диагональные элементы матрицы А0 равны 0.

Шаг k. Полагаем k =k+1. Выполняем k-ю итерацию. Для этого строим матрицу Аk. После k-й итерации элемент матрицы Аk [i, j] содержит значение наименьшей длины всех путей из вершины i в вершину j, при условии, что между конечными вершинами i и j могут находиться только те вершины, номера которых меньше или равны k. На k-й итерации для вычисления матрицы Аk

применяем треугольный оператор и получаем следующую формулу: Ak[i,j] = min(Ak-1[i,j], Ak-1[i,k]+Ak-1[k,j]). Поясним это равенство. Пусть мы находим кратчайший путь из i в j с промежуточными вершинами из множества {1,2, …, k}. Если этот путь не содержит вершину k, то Ak[i,j] = Ak-1[i,j]. Если же он содержит эту вершину, то его можно разделить на две части: от i до k и от k до j, и тогда Ak[i,j] = Ak-1[i,k]+Ak-1[k,j]. Над матрицей А выполняется n таких итераций.

Формально этот алгоритм можно записать так:Procedure Floyd; {* матрицы A, D − глобальные структуры данных*}var k, i, j :integer;beginfor i:=1 to n dofor j:=l to n do A[i,j] :=D[i,j] ;

86

for i:=1 to n do A[i,i] :=0;for k:=l to n dofor i:=2 to n dofor j:=l to n do A[i,j] :=min(A[i,j] , A[i,k]+A[k,j]);end;

Для вывода кратчайшего пути межу заданными вершинами s и v составим следующий алгоритм:procedure Way;{* k, s, v − глобальные переменные;W− глобал. массив вершин, расположенных на кратчайшем пути s−>v *}var i, j, dd, r: integer;pr:array[1..n_max1] of boolean; // вспомогательный массив признаковbegin k:=1; W[k]:=v; for i:=1 to n do pr[i]:=True; j:=v; pr[v]:=False; r:=0; dd:=D[s,v]; while (r<dd) do for i:=1 to n do if (pr[i]) and (A[s,i]+D[i,j]=A[s,j]) and (D[i,j]<1000) then begin k:=k+1; W[k]:=i; pr[i]:=False; r:=r+G[i,j]; j:=i end;end;

Оценка сложностиВремя выполнения этой программы, очевидно, имеет порядок 0(n3),

поскольку в ней практически нет ничего, кроме вложенных друг в друга трех циклов. Доказательство "правильности" работы этого алгоритма также очевидно и выполняется с помощью математической индукции по k. При этом показывается, что на k-й итерации вершина k включается в путь только тогда, когда новый путь короче старого.

Примеры работы программыСледующие примеры показывают ход работы алгоритма и выделенный

кратчайший путь между двумя заданными вершинами (рис. 3, 4).Заключение

Приведенный алгоритм реализован в интегрированной среде программирования Delphi. При реализации алгоритма использованы структуры данных, приведенные в [2]. Исходные данные вводятся пользователем из текстового файла и выводятся на экран. Кратчайшие расстояния между парами вершин выводятся в виде матрицы. Кроме того, на экран выводится ход работы алгоритма и конкретный кратчайший путь для заданной пары вершин. Визуализация построенного кратчайшего пути облегчает анализ графа. Разработанная программа может быть полезна при изучении соответствующих разделов дискретной математики.

87

Рисунок 3

Рисунок 4

88

Литература1. Кормен Т. Х., Лейзерсон Ч. И., Ривест Р. Л., Штайн К. Алгоритмы:

построение и анализ, 2-е изд. — М.: Вильямс, 2005. — 1296 с.2. Окулов С. М. Программирование в алгоритмах − М.: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2002.3. Дж. Макконнелл. Основы современных алгоритмов. − М.:

Техносфера, 2004. − 368 с.

УДК 004.42:519.85

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ БИБЛИОТЕКИ ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ

М. Зиненко, студент электротехнического факультетаТ. В. Кучер, асситент кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаkucher_t@mail.ru

В работе описаны некоторые методы численного интегрирования. Разработана библиотека численного интегрирования на языке С++. Библиотека используется в визуальном приложении для определения энергии в электрическом поле.

Some methods of numeral integration are described. The library of numeral integration is worked out in С++. A library is used in visual application for determination of energy in the electric field.

Очень много инженерных задач сводится к численному интегрированию. Задача нахождения точного значения определенного интеграла не всегда имеет решение. Действительно, первообразную подынтегральной функции во многих случаях не удается представить в виде элементарной функции. В работе рассмотрены некоторые численные методы вычисления определенного интеграла.

Одним из распространенных методов вычисления определенного интеграла является метод Симпсона [1, 2]. Весь интервал интегрирования [a,b] разбивается на четное число одинаковых отрезков n, длина отрезка будет равна h=(b-a)/n. Затем через три соседних точки графика проводятся фрагменты парабол. Суммируя площади всех криволинейных трапеций, получим:

S=∫a

b

f (x )dx≈h3∑i=1

n

( y0+ 4 y1+ 4 y2+ 4 y3+ ...+ 4 y2m−1+ y2m)=h3( y0+ y2m+ ∑

i=1

2m−1

p⋅y i)

89

где p = 6 – p, p = 4. Формула Симпсона для численного интегрирования имеет вид (1):

I=∫a

b

f ( x)dx=h3⋅( f (a)+ f (b)+ ∑

i=1

2m−1

p⋅ f ( xi )) (1)

Формула Гаусса [1, c. 263] имеет следующий вид (2):

S=∫a

b

f (x)dx=b−a

2⋅∑

i=1

n

Ai⋅ f ( a+ b2

+b−a

2⋅ti) (2)

где ti – корни полинома Лежандра, а Ai называют квадратурной формулой

Гаусса. Для n = 2, 3, 4, 5 значения ti и Ai, приведены в [1, c. 264, табл. 6.2].

Квадратурная формула Чебышева имеет вид (3):

S=∫a

b

y dx=b−a

2⋅∑

i=1

n

f (a+ b2

+b−a

2⋅t i) (3)

Доказано, что имеется набор решений ti при i=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 и нет действительных решений при i=8 и i≥10. В [1, c. 262, табл. 6.1] приведены значения корней ti для n=2..7.

Метод Монте-Карло – это статистический метод. Его используют при вычислении сложных интегралов, решении систем алгебраических уравнений высокого порядка. Алгоритм вычисления интеграла этим методом следующий: бросаем N точек, равномерно распределённых на [a;b], для каждой точки вычисляем f(xi). Значение интеграла вычисляется по формуле (4)

S=∫a

b

f (x)dx=b−a

N⋅∑

i=1

n

f ( xi) (4)

В работе написана библиотека на языке С++ [3] для вычисления определенного интеграла методами Симпсона, Гаусса, Чебышева и Монте-Карло. Библиотека была использована для вычисления значения интеграла

∫1

2cos( x)−7⋅sin2(x)

e x+ 5dx .

Результаты работы программы приведены на рис. 1. В программе предусмотрен расчет времени вычисления каждым методом.

90

Рисунок 1

Созданная библиотека была использована в программе, написанной на С++ и реализованной в среде Borland Builder [4]. Программа решает следующую электротехническую задачу [5]. В изоляции коаксиального кабеля (рис. 2) есть равномерно распределенный заряд с объемной плотностью ρ =10-10 Кл/м3. Внутренний и внешний радиусы диэлектрического слоя r1 = 1 см і r2 = 10 см,

длина l = 100м, относительная диэлектрическая проницаемость ε = 4. Нужно определить энергию в электрическом поле.

Рисунок 2

91

Задача решается путем интегрирования уравнения Лапласа для области r1 < r < r2. Запишем:

ϕ(r) = –ρ

4 εε0r2 + А1ln(r) + А2; Е(r) =

ρ2 εε0

r –A1

r(5)

Граничные условия: ϕ(r=r2) = 0, Е(r=r1) = 0. Из полученной системы уравнений найдем постоянные интегрирования

А1 і А2.С точки зрения физики энергию в электрическом поле можно найти двумя

способами. В первом способе воспользуемся формулой для энергии заряда dq слоя толщиной dr, расположенного на расстоянии r от оси:

dW = 0,5dq·ϕ = 0,5ρ ·2πrl·dr·ϕ ;

W =∫V

dW =∫r1

r2

ρπ rl⋅φ (r)dr ( 6)

В другом способе воспользуемся формулой для объемной плотности энергии электростатического поля:

W = 0,5εε0Е2; WdV = 0,5εε0Е2·2πrl·dr = εε0Е2·πrl·dr,

W =∫V

wdV =∫r1

r2

εε0 rl⋅(E ( r ))2 dr ( 7)

В программе осуществляется вычисление значения интегралов по формулам (6) и (7), при этом можно выбрать каким численным методом будет считаться интеграл. На рис. 3 показана работа программы. При запуске в диалоговом окне имеется возможность выбора ввода исходных данных — из диалогового окна или чтение из текстового файла. Также следует выбрать формулу из первого или из второго способа для расчета энергии, и следует выбрать методы интегрирования. Результаты можно увидеть в диалоговом окне, сохранить в текстовом файле, а также построить график подинтегральной функции на интервале интегрирования.

В работе были рассмотрены некоторые методы численного интегрирования. Очевидно, что вычисление определенных интегралов с помощью квадратурных формул, а в частности по формулам Гаусса и Чебышева, не дает точного значения, а только приближенное. Чтобы максимально приблизиться к достоверному значению интеграла нужно уметь правильно выбрать метод и шаг интегрирования. При увеличении точности

92

вычисления метод Монте-Карло значительно дольше считает значение интеграла, чем метод Симпсона.

Была написана библиотека с функциями расчета определенного интеграла методами Симпсона, Гаусса, Чебышева и Монте-Карло. Эту библиотеку можно применять для вычисления интегралов в математике и инженерных расчетах.

Рисунок 3

Литература:1. Алексеев Е. Р., Чеснокова О. В. Решение задач вычислительной

математики в пакетах MathCad 12, MATLAB 7, Maple 9. Самоучитель. – М.: НТ Пресс, 2005. – 496c.

2. Вержбицкий В.М. Основы численных методов. - М.: Высшая школа, 2002. – 840с.

3. Павловская Т. С/С++. Программирование на языке высокого уровня. – СПб.: Питер, 2001 – 460 с.

4. Архангельский А. Я., Тагин М. А.. Программирование в С++ Builder 6 и 2006. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2007 г – 1184 с.: ил.

5. Калашников С. Г. Электричество: Учебн. пособие. — 6-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 624 с.

93

УДК 681.3.07

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗАДАЧАХ ТРАНСПОРТНОЙ ЛОГИСТИКИ

В. С. Бакаленко , студент ПМиИЛ. В. Незамова , ассистент каф.ВМиП

Донецкий национальный технический университетvabakalenko@yandex.ru

Рассматривается задача определения максимального потока. Для решения задачи предлагается использовать компьютерную программу, написанную в среде программирования Delphi7.

The task of determination of maximal stream is examined. For solving the task is suggested to use the computer program, written in a programming environment delphi7.

Транспортная логистика - одно из основополагающих направлений науки об управлении информационными и материальными потоками в процессе движения товаров [1]. Задачи транспортной логистики охватывают задачи: выбор маршрута транспортировки, составление расписаний движения, обеспечение технической согласованности транспортных потоков.

Практическое разрешение многих задач сводится к теории потоков в сетях. В данной статье рассматривается решение одной из них — задачи определения максимального потока, т.е. поиск максимального потока машин в сети дорог без возникновения пробок. Получив конкретные результаты, можно спрогнозировать какие дороги можно расшить, чтобы увеличить максимальный поток движения на заданную величину.

Понятия, которые необходимы при рассмотрении данной темы. Сетью будем называть ориентированный связный граф без петель и параллельных рёбер. Потоки в неориентированных графах можно изобразить в виде потоков в соответствующих ориентированных. Поток в петле не влияет на распределение потока между вершинами. Основным параметром на дугах сети является сij - пропускная способность, которая показывает, сколько единиц потока может быть передано по дугам сети. Потоком сети называется неотрицательная функция, удовлетворяющая условиям: поток по любой дуге сети не превосходит пропускной способности этой дуги fij ≤ сij и суммарный поток, входящий в любую вершину сети (кроме истока и стока), равен суммарному потоку, выходящему из этой вершины. Дуга сети называется насыщенной, если поток по этой дуге равен пропускной способности этой дуги fij = сij. [2].

94

Каждому неориентированному графу можно поставить в соответствие ориентированный граф с тем же самым множеством вершин, в которых каждое ребро заменено двумя ориентированными рёбрами, которые инциденты тем самым вершинам и имеют обратные направления. Потоки в неориентированных графах можно изобразить в виде потоков в соответствующих ориентированных.

В работе рассматривается задача определения максимального потока в транспортной сети, используя алгоритм Форда-Фалкерсона (алгоритм расстановки пометок). «Техника меток» Форда и Фалкерсона заключается в последовательном (итерационном) построении максимального потока путем поиска на каждом шаге увеличивающейся цепи, то есть пути (последовательности дуг), поток по которой можно увеличить. При этом вершины графа специальным образом помечаются.

Алгоритм определения максимального потока в сети следующий:а) ищем любую цепь из истока графа в сток;б) каждой дуге приписываем возможный больший поток из истока в сток

(записываем его через дробь с весом дуги; при этом поток не может превысить вес дуги, но может быть ему равен);

в) если поток становится равен весу дуги, то эта дуга является насыщенной, то есть через нее нельзя пройти при рассмотрении цепей в графе;

г) так перебираем все возможные цепи, пока станет невозможно попасть из истока в сток;

д) поток в сети будет равен сумме потоков всех дуг, инцидентных стоку графа (сумма потоков всех дуг, инцидентных стоку графа равна сумме потоков всех дуг, инцидентных истоку графа).

Запишем пошаговое выполнение алгоритма. Перенумеруем все вершины сети произвольным образом, выделив исток и сток. Зададим некоторый начальный поток в сети (например, нулевой).А. Рассmановка помеmок

Шаг 1. Присвоить вершине s пометку (+s, δ(s)=∞). Вершине s присвоена пометка и она просмотрена. Все остальные вершины без пометок.

Шаг 2. Взять некоторую не просмотренную вершину с пометкой, пусть ее пометка равна (± νk , δ(νi )).

(I) Каждой не помеченной вершине νj ϵ Г(νi ), для которой ξij < qij, присвоить пометку: (+ νi , δ(ν

j )), где δ(ν

j )= miп[ δ(νi

), qij - ξij] .

(II) Каждой не помеченной вершине νj ϵ Г - 1 ( ν i ) , для которой ξij > qij,, присвоить пометку: (- νi , δ(ν

j )), где δ(ν

j )= miп[ δ(νi

), ξij] .

Теперь вершина νi и помечена, и просмотрена, а вершины νj, которым присвоены пометки в (I) и в (II) - помечены, но не просмотрены.

Шаг 3. Повторять шаг 2 до тех пор, пока либо вершина t будет помечена, и тогда, перейти к шагу 4. Либо вершина t будет не помечена и никаких других пометок расставить нельзя, в этом случае алгоритм заканчивает работу с максимальным вектором потока ξ.

95

Б. Увелuченuе поmокаШаг 4. Положить ν = t и перейти к шагу 5.Шаг 5.(I) Если пометка в вершине ν имеет вид (+z,δ (ν)), то изменить поток вдоль

дуги (z,ν) с ξ(z,ν) на ξ(z,ν)=ξ(z,ν)+δ (t).(II) Если пометка в вершине ν имеет вид (-z,δ (ν)), то изменить поток вдоль

дуги (ν ,z) с ξ(ν ,z) на ξ(ν ,z)=ξ(ν ,z)-δ (t).Шаг 6.Если z = s то стереть все пометки и вернуться к шагу 1, чтобы вновь

расставить пометки, но используя улучшенный поток, найденный на шаге 5.Если z ≠ s, то взять ν = z и вернуться к шагу 5 [3].Для ручного способа вычислений будем использовать алгоритм Форда-

Фалкерсона. Дана сеть (рис.1). Найти максимальный поток от s к t.

Рисунок 1

1 2 3 4 5 6 7 8

1 0 5 0 7 0 0 0 0

2 5 0 8 0 3 0 4 0

3 0 8 0 3 2 10 0 9

4 7 0 3 0 0 0 5 0

5 0 3 2 0 0 0 7 0

6 0 0 10 0 0 0 8 6

7 0 4 0 5 7 8 0 7

8 0 0 9 0 0 6 7 0

1. Расстановка меток, первая итерация.Пусть источник - вершина 1, а сток вершина - 8. Задать некоторый

начальный поток в сети, например, нулевой: для всех ребер ξij = 0 .Припишем вершине 1 пометку: (+1, ∞).(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине 1: Г( 1 ) = {2,4}.Вершине 2 приписывается пометка (+1, min [ ∞, 5-0] ) = (+1, 5).

96

Вершине 4 приписывается пометка (+1, min [ ∞, 7-0] ) = (+1,7).(II) Множество не помеченных вершин Г - 1 (1) с положительным потоком

является пустым.2. Повторяем шаг 2 и первой просмотрим вершину 2.(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине2 Г(2 ) ={3,5,7},Вершине 3 приписывается пометка (+2, min [5, 5-0]) = (+2, 5),Вершине 5 приписывается пометка (+2, min [5, 3-0]) = (+2, 3).Вершине 7 прилисывается пометка (+2, min [5, 4-0]) = (+2,4).(II) Множество не помеченных вершин Г - 1 (2) с положительным потоком

является пустым.3. Повторяем шаг 2 и первой просмотрим вершину 3.Рассмотрим вершины, смежные вершине З: Г( 3 ) = {6,8}.Вершине 6 приписывается пометка (+3, min [5, 10-0]) = (+3,5).Вершине 8 приписывается пометка (+3, min [5, 9-0]) = (+3, 5).4. Вершина t = 8 помечена.

Переходим к шагам 4 и 5. Увеличение потока.ν=8 ξ83 =0+5=5;ν=3 ξ32 =0+5=5;ν=2 ξ21 =0+5=5.Стираем предыдущие пометки и возвращаемся к шагу 1 для второй

итерации. Промежуточные результаты представлены рис.2.

Рисунок 2

5. Расстановка меток, вторая итерация.Припишем вершине 1 пометку: (+1, ∞).(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине 1: Г( 1 ) = {2,4}.Вершину 2 не рассматриваем, так как для нее поток равен пропускной

способности.Вершине 4 приписывается пометка (+1, min [∞,7-0]) = (+1, 7).Повторяем шаг 2 и просмотрим вершину 4.(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине 4: Г(4 ) = {3,7}.Вершине 3 приписывается пометка (+4, min [7, 3-0]): (+4, З).Вершине 7 приписывается пометка (+4, min [7, 5-0]): (+4, 5).

97

(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине 3: Г(3) = {5,8,6}.Вершине 5 приписывается пометка (+3, min [3, 10-0]) = (+3, 3).Вершине 6 приписывается пометка (+3, min [3, 3-0]) = (+3, 3).Вершине 8 приписывается пометка (+3, min [3, 9-5]) = (+3, 3).6. Вершина t = 8 помечена. Переходим к шагам 4 и 5. Увеличение потока.ν=8 x83 =5+3=8; ν=3 x34 =0+3=3; ν=4 x41 =0+3=3.7. Стираем предыдущие пометки и возвращаемся к шагу 1 для третьей

итерации. Промежуточные результаты показаны на рис.3.8. Расстановка меток, третья итерация.Припишем вершине 1 пометку: (+1, ∞).(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине l: Г( 1 ) = {2,4} .Вершину 2 не рассматриваем, так как для нее поток равен пропускной

способности.Вершине 4 приписывается пометка (+1, min [∞,7-3]) = (+1, 4).Повторяем шаг 2 и просмотрим вершину 4.(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине 4: Г(4 ) = {3,7}.

Рисунок 3

Вершину 3 не рассматриваем, так как для нее поток равен пропускной способности.

Вершине 7 приписывается пометка (+4, min 4, 5-0]) = (+4,4).(I) Рассмотрим вершины, смежные вершине 7: Г(7 ) = {2,5,8,6}.Вершине 8 приписывается пометка (+7, min [4, 7-0]) = (+7,4).7. Вершина t = 8 помечена. Переходим к шагам 4 и 5. Увеличение потока.ν=8 x87 =8+4=12; ν=7 x74 =0+4=4; ν=4 x41 =3+4=7.8. Стираем предыдущие пометки.9. Алгоритм заканчивает работу, новые пометки расставлены быть не

могут. Максимальный поток от вершины l до вершины 8 равен 12 и направления перемещения потока показаны на рис.4.

98

Рисунок 4

Прикладная программа Max_flow написана на языке Object Pascal в интегрированной среде Delphi7 и реализует рассмотренный алоритм (рис.5).

Рисунок 5

В работе была рассмотрена теория, которая изучает методы поиска максимальных потоков в сетях, изучен алгоритм поиска максимального потока (алгоритм Форда-Фалкерсона), в интегрированной среде Delphi было разработано дополнение, которое позволяет в удобной для пользователя форме найти максимальный поток в заданной сети.

99

Литература

1. Логистика в определениях. URL: http://www.ktr-online.ru/logistics/ (дата обращения 15.06.2012).

2. Форд Л.Р. Потоки в сетях./ Л.Р. Форд, Д.Фалкерсон. - М.: Радио и связь, 1966. - 276 c.

3. Кристофидес Н. Теория графов.- М.: Мир, 1978. - 427 c.

УДК 634.6.09

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВРЗДЕЙСТВИЯ НА

ПОДЗЕМНЫЕ ГАЗОНАСЫЩЕННЫЕ МАССИВЫ

Аль-Джерди Орва, аспирант ДонНТУ, СирияВ. Н. Павлыш, профессор кафедры ВмиП

Донецкий национальный технический университетorva@yandex.ru

В статье описан алгоритм функционирования устройства управления процессом гидравлического врздействия на подземные газонасыщенные массивы.

The paper describes an algorithm device performance process control hydraulic impact on underground gas-bearing arrays.

Автоматическое устройство предназначено для контроля основных технологических параметров - давления нагнетания )(tP и темпа нагнетания, пропорционального расходу )(tQ , а также их коррекции в зависимости от конкретных условий. Аппаратура контроля включает в себя датчики давления и темпа нагнетания, преобразователи напряжения, микроконтроллер, регулятор расхода.

Сигналы с датчиков в виде синусоидального напряжения поступают на вход преобразователей с целью согласования выходного напряжения датчика с уровнем входного напряжения микроконтроллера. В микроконтроллере реализуется прием, хранение и обработка данных, расчет фактических параметров и их сравнение с паспортными, а также выработка и выдача на регулятор управляющих сигналов, если необходимо корректировать расход.

Алгоритм управления строится следующим образом. Контролируемые параметры: tTQP ,,, ( здесь t- текущее время). Перед

началом процесса задаются исходные данные и t=0, запускается устройство контроля (УК).

100

УК считывает исходные данные и вычисляет установочные величины. Величина Q задается на регулятор, устанавливающий требуемый расход, и осуществляется пуск насоса, после чего задается период опроса датчиков t∆ . При достижении таймером значения времени, кратного t∆ , выполняется очередной сеанс контроля - с датчиков считываются текущие значения )(tP и

)(tQ . Если PPtP 1,0)( <− , то работа продолжается, в противном случае вычисляется новое значение k , а по нему - Q , и на регулятор выдается новое значение расхода. Критерий окончания процесса - достижение заданного времени обработки.

В основу функционирования системы положен программный принцип выполнения алгоритма управления процессом нагнетания, реализуемый микроконтроллером. Аппарат может быть выполнен либо на базе общепромышленных (универсальных) контроллеров, работающих на поверхности, либо во взрывобезопасном исполнении для использования в подземных условиях. В настоящее время свободно-программируемые контроллеры (ПК) приобрели законченную форму программно-технических устройств - это компьютер на микропроцессорной основе, отличающийся простотой программирования и технического обслуживания и приспособленный к эксплуатации в различных (в том числе и неблагоприятных) промышленных условиях (вибрация, нагрев, запыленность и т.д.).

Компанией GIC разработан ПК в шахтном исполнении, который состоит из четырех основных компонентов: центральный процессор (ЦП), устройство ввода-вывода (УВВ), блок электропитания (БЭП), память программ (ПП). ЦП представляет собой основной блок ПК, координирующий обработку информации. В нем находится микропроцессорная логика, сканирующая программу и состояние блоков оборудования. УВВ состоит из модулей, применяющихся для сопряжения ПК с оперативными устройствами и механизмами. Модули УВВ действуют в качестве преобразователей сигналов так, чтобы напряжения высокого уровня были представлены на уровне, приемлемом для ПК. Источники сигналов ввода - датчики, кнопки, клавиатура и др. Адреса вывода - пускатели электродвигателей, контакторы, насосы и т.д. Дополнительно могут применяться специализированные аналоговые модули ввода-вывода.

БЭП преобразует сетевое напряжение в отфильтрованное стабилизи-рованное электропитание ПК. ПП сохраняет программы управления. Особенностью является то, что память программируется пользователем. ПК программируют по цепной схеме, т.е. на языке, схожем с релейной логикой управления. При внесении изменений в программу к ПК подключают про-граммирующее устройство и соответствующие изменения выполняют без перемонтажа.

В течение кванта времени, определяемого частотой устройства управления, производится контроль текущего значения давления. Если его величина

101

вследствие колебания проницаемости изменяется более, чем на 10%, необходимо скорректировать темп нагнетания.

Пусть tP - текущее значение давления, тогда

c

tt P

Pqq = .

Управляющее устройство «отрабатывает» текущее значение темпа tq с помощью исполнительного механизма.

Характеристики устройства управления процессом определяются параметрами управляющего автомата. В этой связи важное значение имеют быстродействие автомата и аппаратурные затраты, т.к. устройства устанавливаются на каждую нагнетательную установку.

Для улучшения характеристик предлагаются модификации структур и алгоритмов синтеза автоматов с программируемой логикой (APL) на программируемых БИС:

- структура и алгоритм синтеза APL с введением дополнительной схемы адресации микрокоманд, позволяющие повышать быстродействие автомата.

- структура и алгоритм синтеза с введением схемы преобразователя адреса микрокоманд, позволяющие сократить количество команд безусловного перехода.

- структура и алгоритм синтеза с совмещением функций полей микрокоманд, позволяющие сократить длину микрокоманд.

- структура и алгоритм синтеза с многотактной выборкой микрокоманд, позволяющие сократить количество микросхем.

Одним из основных способов построения современных систем автоматического управления является принцип микропрограммного управления, который был предложен М. Уилксом.

Обобщённая структура замкнутой системы автоматического управления представлена на рис. 1, где ОА – операционный автомат, являющийся объектом управления, АР – аналоговый регулятор, реализующий алгоритм управления, ИМ – исполнительный механизм, воздействующий на ОА. Регулируемая аналоговая величина af поступает на АР, характеризуя состояние ОА, здесь происходит сравнение с некоторым значением ax . В соответствии с результатом сравнения АР вырабатывает сигнал ay , управляющий UM таким образом, чтобы регулируемая величина af была равна заданной ax .

Большими возможностями обладают цифровые регуляторы (ЦР), позволяющие реализовать закон управления в цифровой форме с помощью цифровых вычислительных средств. В этом случае в систему вводятся аналого-цифровой (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП) преобразователи (рис. 2).

102

Рисунок 1

В цепь обратной связи включён цифровой датчик ЦД, выполняющий функции АЦП для регулируемой величины. На рис. 2 индексы "а" и "ц" означают, что величина является аналоговой или цифровой соответственно.

Рисунок 2

Упрощённая типовая схема цифровой системы управления приведена на рис. 3. На вход управляющего автомата (УА) поступают осведомительные сигналы (логические условия) { }Ll xxXx ,...,1=∈ , индицирующие состояния ОА. Логические условия х формируются специальными цифровыми датчиками ЦD1,...,ЦDL. Управляющий автомат на основе анализа сигналов Lxx ,...,1 и закона управления, определяемого функцией F, формирует управляющие сигналы (микрооперации) { }Nn yyYy ,...,1=∈ , преобразуемые дискретными исполнительными механизмами ДИМ1,..., ДИМN в сигналы управления ОА.

Возможны две принципиально различные структурные реализации УА: аппаратурная и программная. В первом случае алгоритм управления задаётся электрическими связями между функциональными элементами устройства, во втором - с помощью программы, хранимой в памяти системы.

Таким образом, на основании теоретических представлений о процессе воздействия разработаны предложения по созданию устройства автоматического управления процессом.

103

Рисунок 3

УДК 634.6.09

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПНЕВМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГАЗОНАСЫЩЕННЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

Хасер Исмаил Даех, аспирант, СирияВ. Н. Павлыш, профессор кафедры ВмиП

Донецкий национальный технический университетismaildaeh@mail.ru

Рассмотрены вопросы математического моделирования и разработки алгоритма управления процессом пневмогидродинамического воздействия на газонасыщенные коллекторы.

Are considered the problems of mathematical modeling and development algorithm of process control pneumo-hydrodynamic impact on the gas-bearing reservoirs.

Сущность пневмогидродинамического воздействия состоит в принудительном внедрении воздушно-жидкостной смеси под высоким давлением в породный массив с последующим его сбросом. Воздействие осуществляется через скважины, пробуренные с поверхности на продуктивный горизонт.

Цель воздействия – нарушение равновесия в системе «газо-жидкостная масса полезного ископаемого – вмещающий породный массив», приводящее к активизации процесса извлечения полезного вещества (газ, нефть и др.).

104

Рассматриваемое воздействие является сложным многофакторным процессом, и для его рациональной организации необходимо применение средств автоматического управления.

Одной из задач управления является разработка алгоритма управления сбросом давления, т.к. при неконтролируемом сбросе происходит выброс значительных масс загрязненных водных растворов, находящихся под большим давлением, на большие расстояния вокруг устья скважины, что оказывает отрицательное влияние на окружающую среду.

Для решения задачи используется линеаризованная модель фильтрации жидкости в трещиновато-пористой среде:

∂∂

∂∂=

∂∂

x

PxK

xt

P)(

Предлагается решить задачу для единичных величин всех характеристик.Давление жидкости к началу процедуры сброса вычисляется по формуле:

Pс = Pmax.

Размерности входящих в уравнение величин должны быть согласованы. В данном случае:

• давление [p] = 1 ат = 1 кг/см2; • время [t] = 1 сек; • проницаемость [k] = 1мд=10-11 см2; • пространственная координата [x]= 1 м = 100 см;• вязкость

[ ] [ ] %;1;10

12

7

===−

Эnсм

кГс

gспзµ

Вводим безразмерные величины, причем нормируем их так, чтобы все они были не более 1 (таким путем мы перейдем к «единичным» величинам).

.;;;

,;;;

**

*****

LC

pkq

q

qq

pk

nLt

t

tt

L

xx

n

nn

k

kk

р

рр

o

coo

oco

ЭОoo

o

ЭО

Э

ooс

µµ

µµµ

====

=====

Время фильтрации определяется из следующих соображений. Процесс должен быть прекращен, когда жидкость достигает устья скважины и появится

105

возможность её выхода на поверхность. Приняв L, можно рассчитать нормирующую величину по времени tо:

co

o

o Pk

Lnt ЭО

2µ=

Граница фильтрующей жидкости достигает точки x*=1 (х=L) за 50 шагов по времени. Шаг выбран:

• по пространству Δх*=0,1;

• по времени

.106

1 2* −⋅=∆ t

Учитывая размерности величин, получаем

,432

10 23

co

ЭОo

Pk

LnT

µ⋅= час.

Используя приведенные теоретические результаты, рассмотр методику приближенного расчета для определения времени или процедуры сброса давления.

Примем следующие предположения, упрощающие задачу.Будем считать, что коэффициенты постоянны и равны:

μ = const = μo= 1 спз; nэ = const = nэо= 50 %; k = const = kо.

Значение k оказывает основное влияние на время Т достижения фронтом жидкости устья скважины.

Для его определения в конкретных условиях можно решить обратную задачу – по фактическим данным о времени сброса определить среднее значение k:

.432

10 23

c

ЭОo

TP

Lnk

µ⋅=

Время сброса должно быть рассчитано так, чтобы в любой момент достижения фронтом жидкости устья скважины давление было равным 0 по всей длине отрезка OL.

Примем ориентировочно • k = 150·105 мд,

106

• Рс = 50 ат, • L = 1000 м,

тогда ориентировочное время движения фронта жидкости до устья:

T= .1015,05010150

5010

432

105

63

минчас ≈≈⋅⋅

⋅⋅

За это время давления достигнет значения Р=50е-0,15δ, ат;

приняв δ=1, получим:Р1 ≈ 42 ат;

тогда

T1= .1118,04210150

5010

432

105

63

минчас ≈≈⋅⋅

⋅⋅

Аналогично Р2 = 42е

-0,18 ≈ 32 ат;

T2 = .1525,03210150

5010

432

105

63

минчас ≈≈⋅⋅

⋅⋅

. . .

T5 = .4575,0910150

5010

432

105

63

минчас ≈≈⋅⋅

⋅⋅

Управление сбросом давления осуществляется таким образом, чтобы столб жидкости не опускался ниже продуктивного горизонта. Сброс давления во времени должен производиться ступенчато.

На рис.1 показан график сброса давления, здесьа) изменение давления )(tP ;б) 1 – заслонка открыта,

0 – закрыта.

Периоды ступенчатого сброса рассчитываются в соответствии с выведенными формулами.

Таким образом, на основании теоретических представлений получены практические рекомендации по выбору технологических параметров и разработан алгоритм управления процессом пневмогидродинамического воздействия.

107

Рисунок 1

УДК 510.5

РАСПОЗНАВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ТЕКСТОВ РЕГУЛЯРНЫМИ ВЫРАЖЕНИЯМИ

А. Ю. Сапаров, аспирант ФИТиВТА. П. Бельтюков, проф., д.ф.-м.н. заведующий кафедрой ТОИ

Удмуртский государственный университет, Россияsay.saplh@gmail.com

Статья посвящена применению регулярных выражений в задаче распознавания математических текстов. Описывается алгоритм нахождения пересечения регулярных множеств, в котором применяются теоремы о делении регулярных

108

выражений и пересечении регулярных множеств. Приводится основная часть реализованного алгоритма.

This work is devoted to using regular expressions in the problem of mathematical text recognition. We describe an algorithm for finding of the regular sets intersection, which apply the theorem of the regular expressions division and the theorem of the regular sets intersection. We provide main part of the implemented algorithm.

При распознавании текстов часто возникают неопределенности, т. е. мы не можем точно распознать те или иные символы. В таких случаях рассматривают целые выражения и выполняют поиск вариантов распознавания в некотором словаре, например, в словаре английских слов. Но с помощью этого метода не удается распознавать математические формулы, так как для них нельзя составить конечный словарь. В таком случае можно воспользоваться регулярными выражениями.

Рассмотрим класс множества слов над конечным алфавитом, которые можно описать с помощью формул некоторого вида. Данные множества описаны в работе [1] и называются регулярными, а сами формулы называются регулярными выражениями.Определение 1:

Класс регулярных выражений над конечным алфавитом V определяется следующим образом:

∅ и ε ( ε - пустая строка) - регулярные выражения;a - регулярное выражение ( ∀a∈V );Если S и T - регулярные выражения, то регулярны:

1. объединение S|T;2. конкатенация ST;3. итерации S* и T*.

Если выражение построено конечным числом применения правил 1-3, то оно является регулярным.

Так как вариантов распознавания в любом случае конечное число, то все множество вариантов можем представить в виде одного регулярного выражения: (a1,1 |a1,2 | ... |a1,n1

)(a2,1 | a2,2 | ... |a2,n2)...(am ,1 |am ,2 |... |am ,nm

) , где в каждой скобке указаны варианты распознавания отдельного символа. Задача заключается в выборе среди всех вариантов по одному наиболее подходящему. Наиболее подходящим считается тот вариант распознавания строки, который соответствует некоторому шаблону математической формулы, который так же задан с помощью регулярного выражения. Следовательно, задача переходит в задачу нахождения пересечения двух регулярных множеств.

Для решения новой задачи дадим одно определение и сформулируем две теоремы.Определение 2:

109

Делением множества слов на множество слов слева называется:B ∖ A={w |∃v∈B , vw∈A}

Теорема 1 (О делении слева на символ множеств, заданных регулярными выражениями):

a∖(e1 |e2)=(a∖e1 | a∖e2)

a∖(e1 e2)={((a∖e1)e2 | a∖e2) ,ε ∈e1

((a∖e1)e2) ,ε ∉e1

a∖ e*=(a ∖e)e*

a∖ a=εa∖ε=∅a∖ b=∅ , a≠b

Теорема 2 (О пересечении двух множеств, заданных регулярными выражениями):

(∑i

b i⋅C)∩A=∑i

(bi(C∩(b i∖ A)))

Двух этих теорем уже достаточно для решения поставленной задачи. Осталось только описать сам алгоритм. Рассмотрим реализацию алгоритма на примере языка С# [2].

Чтобы была возможность использования данных теорем недостаточно того класса регулярных выражений, который встроен в библиотеку языка, поэтому необходимо создать новый тип, который будет удобно использовать в создании основных функций.

Согласно определению регулярного выражения введем следующее перечисление:enum RegExprType { empty, constant, union, multiplication, iteration}.

где empty соответствует пустому регулярному выражению; constant - регулярному выражению, состоящему не более чем из одного символа; union - объединению, multiplication - конкатенации, iteration - итерации.

Создадим новый класс и назовем его RegExpr:

class RegExpr{ private RegExprType regExprType; private RegExpr[] operands; private String text;}

Созданный класс будет содержать 3 поля:1) regExprType определяет тип регулярного выражения.2) operands - операнды, к которым применяются регулярные операции.

Число операндов может быть от 0 до 2. К примеру, если regExprType имеет значение union, то число операндов равно 2, а если empty, то 0. Очевидно, что операции объединения и конкатенации могут быть применены к любому числу регулярных выражений, но, чтобы не усложнять, всегда будем считать, что они применяются к паре. Отметим, что тип операндов совпадает с самим классом.

110

3) text - собственно само регулярное выражение в его классическом представлении.

Создадим конструкторы, которые будут необходимы в алгоритме. Для удобства использования создадим сразу 3 конструктора:

1) Создание пустого регулярного выражения.

public RegExpr(){ this.text = ""; this.regExprType = RegExprType.empty; this.operands=new RegExpr[0];}

2) Создание регулярного выражения, соответствующего константе.public RegExpr(String text){ this.text = text; this.regExprType = RegExprType.constant; this.operands = new RegExpr[0];}

3) Создание регулярного выражения применением регулярных операций. Данный конструктор будет учитывать такие нестандартные случаи, как попытки создания регулярных выражений объединением, когда один из операндов является пустым регулярным выражением, и конкатенацией, когда операнды есть пустые регулярные выражения, либо регулярные выражения, содержащие только пустую строку.

public RegExpr(RegExprType regExprType, params RegExpr[] operands){ if (regExprType == RegExprType.union){ if (operands[0].regExprType == RegExprType.empty){ this.text = operands[1].text; this.regExprType = operands[1].regExprType; this.operands = operands[1].operands; } else if (operands[1].regExprType == RegExprType.empty){ this.text = operands[0].text; this.regExprType = operands[0].regExprType; this.operands = operands[0].operands; } else{ this.text = operands[0].text + "|" + operands[1].text; this.operands = new RegExpr[2]; this.operands[0] = operands[0]; this.operands[1] = operands[1]; this.regExprType = RegExprType.union; } } else

111

if (regExprType == RegExprType.multiplication){ if (operands[0].regExprType == RegExprType.empty || operands[1].regExprType == RegExprType.empty){ this.text = ""; this.regExprType = RegExprType.empty; this.operands = new RegExpr[0]; } else if (operands[0].text == ""){ this.text = operands[1].text; this.regExprType = operands[1].regExprType; this.operands = operands[1].operands; } else if (operands[1].text == ""){ this.text = operands[0].text; this.regExprType = operands[0].regExprType; this.operands = operands[0].operands; } else{ this.text = "(" + operands[0].text + ")(" + operands[1].text + ")"; this.regExprType = RegExprType.multiplication; this.operands = new RegExpr[2]; this.operands[0] = operands[0]; this.operands[1] = operands[1]; } } else{ this.text = "(" + operands[0].text + ")*"; this.operands = new RegExpr[1]; this.operands[0] = operands[0]; this.regExprType = RegExprType.iteration; }}

Для достижения поставленной цели потребуются две функции. Первая функция будет выполнять деление регулярного выражения слева на символ. Перейдем к описанию функции. Назовем ее DivRegExprByConstant:

public static RegExpr DivRegExprByConstant(RegExpr numerator, String denominator).

Данная функция будет делить регулярное выражение numerator на строку denominator и будет возвращать результат в виде нового регулярного выражения. Следуя теореме 1, необходимо рассмотреть 6 случаев. Будем рассматривать их начиная с самого простого:

1) Пусть исходное регулярное выражение является пустым. Тогда результатом деления так же будет пустое регулярное выражение:

if (numerator.regExprType == RegExprType.empty) return new

112

RegExpr();2)-3) Пусть исходное регулярное выражение является строковой

константой. Если делимое и делитель равны, то результатом деления будет регулярное выражение, состоящее из пустой строки, в противном случае, будет равняться пустому регулярному выражени:

if (numerator.regExprType == RegExprType.constant){ if (numerator.Text == denominator) return new RegExpr(""); else return new RegExpr();}

4) Пусть исходное регулярное выражение является итерацией. В данном случае уже необходимо использовать рекурсию, так как по теореме 1 результатом деления является конкатенация деления с итерацией:

if (numerator.regExprType == RegExprType.iteration) return RegExpr(RegExprType.multiplication, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), numerator);

5) Пусть исходное регулярное выражение сформировано применением операции объединение. Тогда результат деления применением рекурсии можно получить следующим образом:if (numerator.regExprType == RegExprType.union){ return new RegExpr(RegExprType.union, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), DivRegExprByConstant(numerator.operands[1], denominator));}

6) Пусть исходное регулярное образовано конкатенацией двух регулярных выражений. Тогда следует рассмотреть 2 случая:

а) Пусть пустая строка не принадлежит левой части регулярного выражения. Чтобы определить принадлежность пустой строки регулярному выражению воспользуемся стандартным типом Regex:Regex regex = new Regex(numerator.operands[0].Text);if(!regex.IsMatch(""))

Данная конструкция создает экземпляр регулярного выражения на основании строкового представления в ее стандартном понимании и проверяет принадлежность пустой строки порождаемому регулярному множеству. Результат деления получаем в следующем виде:return new RegExpr(RegExprType.multiplication, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), numerator.operands[1]);

б) Пусть пустая строка принадлежит левой части регулярного выражения.Тогда результат деления примет вид:

return new RegExpr(RegExprType.union, new RegExpr(RegExprType.multiplication, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator),

113

numerator.operands[1]), DivRegExprByConstant(numerator.operands[1], denominator));

В итоге готовая функция будет выглядеть следующим образом:public static RegExpr DivRegExprByConstant(RegExpr numerator, String denominator){ if (numerator.regExprType == RegExprType.empty) return new RegExpr(); if (numerator.regExprType == RegExprType.constant){ if (numerator.text == denominator) return new RegExpr(""); else return new RegExpr(); } if (numerator.regExprType == RegExprType.iteration) return new RegExpr(RegExprType.multiplication, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), numerator); if (numerator.regExprType == RegExprType.union) return new RegExpr(RegExprType.union, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), DivRegExprByConstant(numerator.operands[1], denominator)); if (numerator.regExprType == RegExprType.multiplication){ Regex regex = new Regex(numerator.operands[0].text); if(!regex.IsMatch("")) return new RegExpr(RegExprType.multiplication, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), numerator.operands[1]); else return new RegExpr(RegExprType.union, new RegExpr(RegExprType.multiplication, DivRegExprByConstant(numerator.operands[0], denominator), numerator.operands[1]), DivRegExprByConstant(numerator.operands[1], denominator)); }}

Вторая функция будет находить пересечение регулярных множеств, заданных регулярными выражениями. Назовет данную функцию GetRegExprsCross:

public static RegExpr GetRegExprsCross(RegExpr left, RegExpr right).

Функция будет находить пересечение множеств, заданных регулярными выражениями left и right и возвращать новое регулярное выражение. Исходя из постановки задачи, будем рассматривать только такие регулярные выражения left, которые составлены конкатенацией объединений и каждый элемент объединения - это отдельный символ.

Если левая часть пересечения есть константа, т.е. отдельный символ, то в зависимости от того, принадлежит ли этот символ правой части, пересечение будет равно этому символу или пустому регулярному выражению:

114

if (left.regExprType == RegExprType.constant){ Regex regex = new Regex(right.text); if (right.regExprType != RegExprType.empty && regex.IsMatch(left.text)) return left; else return new RegExpr();}

Если левая часть пересечения это конкатенация и левым операндом конкатенации является константа, то получение результата выглядит следующим образом:

if (left.operands[0].regExprType == RegExprType.constant && left.regExprType == RegExprType.multiplication) return new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0], GetRegExprsCross(left.operands[1], DivRegExprByConstant(right, left.operands[0].text)));

Если левая часть представлена объединением, то следуя теореме 2 и не забывая о том, что объединение содержит только 2 операнда, пересечение можно получить с помощью конструкции:

if(left.regExprType == RegExprType.union) return new RegExpr(RegExprType.union, new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0], GetRegExprsCross(new RegExpr(""), DivRegExprByConstant(right, left.operands[0].text))), GetRegExprsCross(new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[1], new RegExpr("")), right));

Наконец, самый сложный случай. Пусть левая часть представлена конкатенацией объединений. Это последний из возможных вариантов, поэтому, пропуская проверку условия, сразу получаем результат: return new RegExpr(RegExprType.union, new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0].operands[0], GetRegExprsCross(left.operands[1], DivRegExprByConstant(right, left.operands[0].operands[0].text))), GetRegExprsCross(new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0].operands[1], left.operands[1]), right));

В итоге, полученная функция выглядит следующим образом.

public static RegExpr GetRegExprsCross(RegExpr left, RegExpr right){ if (left.regExprType == RegExprType.constant){ Regex regex = new Regex(right.text); if (right.regExprType != RegExprType.empty && regex.IsMatch(left.text)) return left; else return new RegExpr();

115

} if (left.operands[0].regExprType == RegExprType.constant && left.regExprType == RegExprType.multiplication) return new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0], GetRegExprsCross(left.operands[1], DivRegExprByConstant(right, left.operands[0].text))); if(left.regExprType == RegExprType.union) return new RegExpr(RegExprType.union, new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0], GetRegExprsCross(new RegExpr(""), DivRegExprByConstant(right, left.operands[0].text))), GetRegExprsCross(new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[1], new RegExpr("")), right)); return new RegExpr(RegExprType.union, new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0].operands[0], GetRegExprsCross(left.operands[1], DivRegExprByConstant(right, left.operands[0].operands[0].text))), GetRegExprsCross(new RegExpr(RegExprType.multiplication, left.operands[0].operands[1], left.operands[1]), right));}

Рассмотрим простой пример. Пусть имеется рукописная запись тригонометрической функции sin. При распознавании буквы 'i' возникла неопределенность из-за плохого почерка и было получено два варианта: 'i' и 'c'. Представим данную строку в виде регулярного выражения s(i|c)n и перепишем ее, чтобы была возможность использования в предложенном алгоритме: s((i|c)n). Так как происходит распознавание математического текста, то среди шаблонов, должна храниться функция sin, которая имеет вид: (s)((i)(n)). Применяя предложенный алгоритм, результатом пересечения получаем (s)((i)(n)), откуда делаем вывод, что sin более приоритетнее, чем scn.

Преимуществом применения теоремы о пересечении регулярных множеств в решении поставленной задачи является то, что она избавляет от необходимости перебора всех вариантов, тем самым значительно уменьшая сложность алгоритма распознавания текстов. Отметим, что данная статья описывает только вводную часть в применении регулярных выражений в распознавании математических текстов. Основная часть работы базируется на таких понятиях, как взвешенные регулярные множества, взвешенные регулярные выражения и взвешенные регулярные деревья, которые позволяют учитывать вероятности правильного распознавания отдельных символов и выражений, а так же нелинейную структуру математических формул.

Литература:1. Карпов Ю.Г. Теория автоматов. – СПб.: Питер, 2003. – 208 с.2. Шилдг, Герберт. Полный справочник по С#. : Пер. с англ. – М. :

Издательский дом ''Вильяме'', 2004. – 752с.

116

УДК 531.19(078), 004.9

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В ЗАДАЧАХ ПЕРКОЛЯЦИИ

В. А. Шмелев, студент факультета ИТиВТС. А. Мельчуков, ст. преподаватель кафедры ВВиПП

Удмуртский государственный университет, Россияvad1611@yandex.ru

В работе рассмотрен алгоритм динамической балансировки нагрузки на вычислительные узлы кластера при решении задачи определения порога протекания плоской решетки.

This paper considers the algorithm of dynamic balancing load on compute nodes of the cluster while solving the problem of determining the percolation threshold of a plane grating.

В физике и химии перколяцией называется протекание жидкостей через пористые материалы, электричества через смесь проводящих и не проводящих частиц и другие процессы подобные этим. Слово «протекание» впервые употребили в 1957 г. Бродбент и Хаммерсли, введя новый класс математических задач [6]. Теория перколяции находит применение в описании разнообразных систем и явлений: распространение эпидемий, надежность компьютерных сетей.

Рисунок 1

Процесс перколяции может быть наглядным образом рассмотрен на примере протекания электрического тока в двумерной квадратной решетке, состоящей из электропроводящих и непроводящих узлов. К двум противоположным сторонам решетки припаяны металлические контакты, которые присоединены к источнику питания. При некотором критическом значении доли проводящих узлов, расположенных случайным образом, цепь замыкается (рис. 1).

Совокупность элементов, по которым происходит протекание, называется перколяционным кластером, на рисунке он обозначен сплошной линией от левого края к правому. Будучи по своей природе связным случайным графом, в зависимости от конкретной реализации он может иметь различную форму. Поэтому принято характеризовать его общий размер. Порогом протекания xc

117

называется минимальная концентрация проводящих узлов, при которой возникает протекание [4].

Соседние проводящие узлы, образующие связную структуру, называют конечным кластером.

Задача определения порога протекания, определения среднего размера проводящего (не проводящего или конечного) кластера требует проведения большого количества экспериментов для получения достоверного результата. Для наглядности приведены графики зависимости протекания от вероятности того, что узел является проводящим. При малом количестве экспериментов наблюдаем существенный разброс значений (рис. 2). Для уменьшения разброса увеличим количество экспериментов в точке. При этом график становится более гладким (рис. 3). При этом время проведения эксперимента сильно возрастает при увеличении размера матрицы (табл. 1).

Рисунок 2

Рисунок.3

118

Таблица 1. Время расчетовРазмерность

матрицыКоличество проведенных опытов в

точкеВремя расчета в точке

15 10000 0,169 сек.

150 10000 17,1 сек.

1500 10000 28,66 сек.

Среда, в которой проводится эксперимент, моделируется матрицей, проводящие элементы которой генерируются случайным образом с той или иной долей вероятности. Для ускорения расчетов применяется высокопроизводительная техника, используются кластеры. Параллельно на нескольких узлах проводятся эксперименты. Определение характеристик матрицы, в каждом конкретном случае требует различных временных затрат. В результате, узлы кластера могут быть неравномерно загружены, простаивать. Для эффективного проведения расчета и сокращения его времени требуется произвести распределение нагрузки на узлы кластера.

Проблема оптимального распределения нагрузки на параллельную вычислительную систему является одной из основных проблем, связанных с распараллеливанием вычислений. Для приближенного решения задачи оптимального распределения нагрузки используют метод балансировки нагрузки.

Основная идея балансировки загрузки распределенной вычислительной системы состоит в распределении вычислений по процессорам таким образом, чтобы суммарная вычислительная загрузка процессоров была примерно одинакова [5].

Различают статическую и динамическую балансировку загрузки. Статическая балансировка загрузки выполняется однажды, до начала вычислений. В этом случае балансировка менее точная чем при динамическом балансировании. В случае динамической балансировки, которую мы и применим, приходится перераспределять загрузку узлов по мере выполнения задач. Для ускорения расчетов будем проводить множество опытов на кластере. Каждый узел кластера будет проводить эксперименты над матрицами с определенным количеством проводящих элементов. В некоторых случаях удается быстро определить, является ли решетка протекающей, а в некоторых случаях наоборот требуется больше времени. И вычислительный узел, который быстро определил является ли решетка протекающей, простаивает, так как уже выполнил свою часть задач. Для ускорения проведения опытов можно передать еще часть задач на этот узел. Таким образом, можно добиться примерно одинаковой нагрузки на узлы кластера.

Алгоритм динамической балансировки:

119

1) Хост-процесс (процесс с рангом 0) принимает на вход такие данные как: количество проводимых опытов, размерность матрицы, количество проводящих узлов.2) Хост-процесс раздает остальным процессам равное количество экспериментов, которое необходимо провести. Пока остальные процессы выполняют свою часть опытов, хост-процесс также проводит опыты, но более меньшими порциями.3) Через неблокирующие операции хост-процесс узнает, провел ли какой либо процесс все свои опыты. Если какой то из процессов закончил выполнять опыты, и еще есть не проведенные опыты, то отдаем ему на выполнение еще порцию опытов. Если опытов больше нет, то ждем завершения работ остальными процессами. Схема алгоритма приведена на рис. 4.

Рисунок 4

Для определения, является ли решетка протекающей, воспользуемся алгоритмом Хошена-Копельмана. Алгоритм Хошена-Копельмана или алгоритм многократной маркировки кластеров был предложен в 1976 г. для решения задач теории перколяции. Этот алгоритм позволяет выделить кластеры некоторого случайного графа. За один проход алгоритм позволяет выяснить, к какому кластеру относится тот или иной узел решетки. С помощью данного алгоритма мы также можем определить есть ли протекание в решетке, для этого

120

достаточно чтобы первая и последняя строки матрицы содержали одну и ту же кластерную метку.

В результате выполнения алгоритма Хошена-Копельмана все узлы графа будут разделены по их принадлежности к тому или иному связному подграфу. Все узлы, имеющие одинаковые правильные кластерные метки принадлежат одному подграфу [1].

Для параллельного варианта экспериментов использовался программный интерфейс передачи информации MPI. Расчеты проводились на двух узлах с процессорами по 4 ядра Intel Q6600, объединенных в сеть Ethernet Gigabit. Применение производительных шин и сетей в данной задаче не дает преимуществ.

Результаты экспериментов показали хорошее распределение нагрузки, минимальные затраты на синхронизацию и почти линейный рост. Размерность квадратной решетки для всех опытов 150х150, число опытов 1000000.

Таблица 2. Время расчетов в параллельном режимеРазмерность Количество

опытовЧисло ядер Время расчета

в секундахУскорение

относительнопоследовательного

исполнения

150 1000000 1 1701 1

150 1000000 4 430 3,984

150 1000000 8 214 7,949

Литература:1. Тарасевич Ю. Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы: Учебное

пособие. М.:Едиториал УРСС, 2002. - 112 с., илл.2. А. Л. Эфрос «Физика и геометрия беспорядка» (Библиотечка «Квант»,

выпуск 19) М., Изд. «Наука», Гл. Редакция физ.-мат. литературы, 1982 г.3. С. Р. Галлямов, С. А. Мельчуков Идея Ходжа в перколяции: оценка порога

протекания по элементарной ячейке. Вестник удмуртского университета. 2011г. Вып 4.

4. Перколяция. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F (Дата обращения: 23.05.2012)

5. Карпенко А.П., Федорук В.Г., Федорук Е.В Исследование эффективности балансировки загрузки многопроцессорной системы при распараллеливании одного класса вычислительных задач электронное и научно-техническое издание наука и образование #8 август 2007 УДК 519.6 URL: http://technomag.edu.ru/doc/67392.html (Дата обращения: 26.05.2012)

121

6. С. Р. Галлямов, “Порог протекания простой кубической решетки в задаче узлов в модели решетки Бете”, Вестн. Удмуртск. ун-та. Матем. Мех. Компьют. Науки, 2008, № 3, 109–115.

УДК 521.131

ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ В ГРАВИТАЦИОННОЙ ЗАДАЧЕ N ТЕЛ

Шишкин Е.А, студент факультета информационных технологий и вычислительной техники.

Коган.Ю.В, доцент кафедры ВВиППУдмуртский государственный университет, Россия

shishkin.john@gmail.com

В работе приведены краткие сведения о гравитационной задаче N тел, рассмотрены основные алгоритмы численного решения задачи, а также их сравнительный анализ и особенности программирования данных алгоритмов на графическом процессоре. Представлена реализация основных функций алгоритма.

In this paper we presented a summary of the gravitational N-body problem, the basic algorithms for numerical solution of the problem, and their comparative analysis and programming features of these algorithms on the GPU. There is implementation of basic functions of algorithm.

Задача N тел является одной из первых задач небесной механики. Поставленная Ньютоном примерно 400 лет назад задача до сих пор не имеет решения общего для N > 2. Долгое время задача имела лишь чисто теоретический интерес и никто не мог предположить, что у данной проблемы может быть практическое применение. Но по мере развития космонавтики, задача N тел стала представлять практический интерес.

Теперь рассмотрим саму задачу N тел. Пусть у нас есть N материальных точек(планеты, атомы и т.п.). В начальный момент времени нам известны координаты, скорости и массы всех N точек, а также закон притяжения. Необходимо узнать к положения и скорости всех тел в любой момент времени.

Дано r i , v i ,mi , где i=1,n .

F i=m a=∑i≠ j

N

Gmi m j

r 2

r∣r∣

(1)

v i=d ri

dt(2)

122

Как известно, задача не имеет общего решения при N > 2. При N = 1 задача сводится к I закону Ньютона о том, что в инерциальной системе отсчета тело будет двигаться равномерно прямолинейно или будет оставаться в состоянии покоя.

Если же N = 2, то тела будут двигаться вокруг единого центра масс (рис. 1).Решение для такой задачи было получено Ньютоном. Для задачи трех тел существует решение в виде степенных рядов, но они

сходятся с очень медленной скоростью, поэтому практической пользы от них нет. Также Пуанкаре показал, что общее решение нельзя выразить через алгебраические или через однозначные трансцендентные функции координат и скоростей.

Рисунок 1

Теперь, перейдём к рассмотрению алгоритмов. В данной статье их всего три:

1. Метод последовательных приближений.2. Алгоритм Барнса-Хата или древесный алгоритм.3. Быстрый мультипольный метод (Fast Multipole Method).Метод последовательных приближений - самый простой алгоритм. Мы

знаем положения и скорости тел в нулевой момент времени и чтобы найти их в следующий момент времени t 0+ dt , нам нужно найти вектор ускорения и вычислить новые координаты. Причем чем меньше изменение времени dt , тем больше будет точность вычислений. Временная сложность алгоритма- Ο (n2) .

Далее приведен фрагмент последовательной программы, вычисляющий взаимодействие между двумя телами.

123

__kernel float* bodyBodyInteraction(int i, int j){

double G = pow(6.67428,-11);float EPS = 0.001;float r[3];r[0] = Bodies[i]->getCenter().GetX()-Bodies[j] -> getCenter().GetX(); r[1] = Bodies[i]->getCenter().GetY()-Bodies[j] -> getCenter().GetY();r[2] = Bodies[i]->getCenter().GetZ()-Bodies[j] -> getCenter().GetZ();

float distSqr = r[0]*r[0] + r[1]*r[1] + r[2]*r[2] + EPS;float distSixth = distSqr * distSqr * distSqr;float invDistCube = 1.0f / sqrtf(distSixth);float s = Bodies[j] -> getMass() * invDistCube;float* a = new float[3];memset(a,0, sizeof(a) );for(int k = 0; k < 3; k++)

a[k] = r[k] * s * G;return a;

}

Функция, вычисляющая с помощью видеокарты:

__kernel void step(){

int tid = blockIdx.x;while(tid < n){

float a = new float[3];for(int j = 0; j < n; j++){

float* tmp = bodyBodyInteraction(tid,j);;a[0] += tmp[0];a[1] += tmp[1];a[2] += tmp[2];

}tid += gridDim.x;

}}

Рассмотрим древесный алгоритм. Суть этого метода в том, чтобы разбить пространство на квадраты и если расстояние между частицами велико, считать взаимодействие между частицей и всем квадратом в целом. Например нет смысла вычислять силу притяжения между Землёй и каждой звездой галактики Андромеда, вместо этого выгоднее принять галактику как одно тело. Это позволяет снизить временную сложность с Ο (n2) до Ο (nlog (n)) .

124

Для использования метода нам понадобится новая структура данных, называемая квадродеревом (для случая 2D) или октодеревом (для случая 3D). На рис. 2 показаны частица. На рис. 3 построенное квадродерево. Если узел является регионом, то внутри хранится его центр тяжести. Вычисление силы — это на самом деле левосторонний обход дерева. Встретили тело, считаем по

формуле (1), в случае региона вычисляем соотношение sd , где s– ширина

квадрата, а d – расстояние от тела до центра масс. Если это соотноше- ние меньше заранее заданного числа Θ , следует спускаться на уровень ниже в дереве.

Рисунок 2

При программировании данного алгоритма могут возникнуть некоторые трудности. Самым эффективным способ обхода дерева является рекурсия, но, к сожалению CUDA не поддерживает рекурсии, поэтому приходиться представлять квадродерево другим способом(например массивом). В статье [1] предлагается разделить программирование на 8 этапов:

1. Прочитать входные данные и передать их на ГПУ.2. Вычислить площадь окаймляющего (bounding box) квадрата вокруг

каждого тела.3. Построить дерево.4. Сохранить информацию в дереве о каждом регионе.5. Сортировать тела(опционально).6. Вычислить силы, действующие на каждое тело.7. Обновить координаты и скорости.8. Отправить результат на ЦПУ.

125

Рисунок 3Шаги со 2-го по 7-ой повторять в цикле. Каждый шаг выполняется

отдельным ядром (kernel) — аналогом процесса на CPU. Более подробно по архитектуре CUDA [2].

Наиболее быстрым методом решения является быстрый мультипольный метод. Данный метод является самым сложным из представленных в статье, но как это часто бывает и самым эффективным. Его временная сложность представляется линейной функцией или Ο (n) . Подробности смотрите [3].

Ну и наконец, хотелось бы показать всю мощь программирования для графических процессоров. На рис. 4 изображены графики зависимости времени от количества тел для 3 алгоритмов. Рис. 4 демонстрирует, что реализация на GPU намного быстрее чем на центральном процессоре.

Рисунок 4

126

График взят из статьи [1]. Оборудование на котором проходило тестирование: NVIDIA GeForce 8500GT GPU с 3 GB памяти и 2.71 Ghz AMD Athlon II X2 215 CPU с 3 GB RAM.

Литература:1. M. Burtscher and K. Pingali. An Efficient CUDA Implementation of the Tree-

based Barnes Hut n-Body Algorithm. Chapter 6 in GPU Computing Gems Emerald Edition, pp. 75-92. January 2011.

2. NVIDIA, CUDA Programming Guide, Version 2.2, NVIDIA Corp., Santa Clara, CA, 2009.

3. R. Yokota and L.A. Barba. Treecode and Fast Multipole Method for N-Body Simulation with CUDA. Chapter 9 in GPU Computing Gems Emerald Edition, pp. 113-132. January 2011.

УДК 004.4

ОПЕРАЦИИ С МАТРИЦАМИ В ЯЗЫКЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ FORTRAN

Д. И. Кутепов, студент факультетаинформатики и вычислительной техники

О. В. Чеснокова, ст. преподаватель каф. ВМиПЮго-Западный государственный университет, Россия

Донецкий Национальный Технический Университет, Украинаkutepov_d@mail.ru

В статье кратко описаны встроенные матричные функции языка программирования Fortran и приведены примеры работы с ними. Основная цель статьи показать, как описанные средства языка позволяют быстро и эффективно решать вычислительные задачи с помощью простых и понятных программных кодов.

The article briefly describes the built-in matrix functions of the programming language Fortran and examples of work with them. The main purpose is to show how described means of language allow quickly and efficiently solve computational problems using simple and clear programming codes.

Язык программирования Fortran был разработан в пятидесятых годах прошлого века и остается мощным вычислительным инструментом по сей день. Язык постоянно усовершенствуется и применим для решения практически любых научных и инженерно-технических задач.

127

Создание программ, выполняющих сложные научные расчеты, всегда связано с использованием математических функций: тригонометрических, логарифмических, комплексной переменной и др. Fortran предоставляет богатый выбор таких функций. Особенностью языка программирования Fortran является то, что часто встречающиеся векторные и матричные операции представлены в нем в виде встроенных функций [1]. Рассмотрим некоторые из них.

1. Функции sum(array[, dim][,mask]) и product(array[, dim][, mask]) вычисляют, соответственно сумму и произведение элементов массива. Здесь array — обязательный аргумент типа integer, real или complex, обозначающий массив, dim — необязательный аргумент скалярного типа, соответствующий размерности массива и mask — необязательный аргумент типа logical, с помощью которого можно задать условие суммирования или перемножения элементов массива. Примеры применения описанных функций приведены в следующем программном коде и на рис. 1.

program my_summinteger, parameter :: n=3, m=4, k=6integer i,jinteger a(n,m), x(k)x=(/-1,2,-3,4,-5,6/)a(1,:)=(/2, 3, 0, -1/)a(2,:)=(/1, 4, -1, 2/)a(3,:)=(/0, 6, 5, 2/)write(*,*) "Сумма и произведение"write(*,*) "Массив X" write(*,*) xwrite(*,*) "Сумма элементов массива X"write(*,*) sum(x)write(*,*) "Сумма модулей элементов массива X"write(*,*) sum(abs(x))write(*,*) "Произведение элементов массива X"write(*,*) product(x)write(*,*) "Сумма положительных элементов массива X"write(*,*) sum(x,mask=(x>0))write(*,*) "Произведение отрицательных элементов массива X"write(*,*) product(x,mask=(x<0))write(*,*) "Матрица А" do i=1,n

write(*,*) a(i,:)end dowrite(*,*) "Сумма элементов третьего столбца матрицы А"write(*,*) sum(a(:,3))write(*,*) "Произведение четных элементов 2-й строки матрицы А"write(*,*) product(a(2,:), mask=(mod(a(2,:),2)==0))end

128

Рисунок 1

2. Функции maxval(array[,dim][,mask]) и minval(array[, dim][,mask]) определяют наибольшее и наименьшее значения элементов массива соответственно. Здесь array — обязательный аргумент типа integer или real, обозначающий массив, dim — необязательный аргумент скалярного типа, соответствующий размерности массива и mask — необязательный аргумент типа logical, с помощью которого можно задать условие поиска максимума или минимума в массиве.

3. Функции maxloc(array[, dim][,mask]) и minloc(array[, dim][, mask]) определяют положение первого наибольшего и наименьшего элемента в массиве. Здесь array — обязательный аргумент типа integer или real, обозначающий массив, dim — необязательный аргумент скалярного типа, соответствующий размерности массива и mask — необязательный аргумент типа logical, определяющий условие поиска.

Примеры применения описанных функций приведены в следующем про-граммном коде и на рис. 2:

program my_poiskinteger, parameter :: n=3, m=4, k=6integer i,jinteger a(n,m), x(k)x=(/-1,6,-3,4,-5,6/)a(1,:)=(/5, 3, 0, -1/)a(2,:)=(/1, -2, -1, 2/)a(3,:)=(/0, 6, 5, 2/)print *, "Минимум и максимум"print *, "Массив X" print *, xprint *, "Наибольший элемент массива X", maxval(x),

", его номер", maxloc(x)

129

print *, "Наименьший по модулю элемент массива X, кратный 3"print *, minval(abs(x),mask=mod(abs(x),3)==0)print *, "и его номер", minloc(abs(x),mask=mod(abs(x),3)==0)print *, "Матрица А" do i=1,n

print *, a(i,:)end doprint *, "Наименьший элемент матрицы А"print *, "среди элементов расположенных по периметру"print *, min(minval(a(1,:)),minval(a(n,:)),

minval(a(2:n-1,1)),minval(a(2:n-1,m)))print *, "Наибольший элемент матрицы А среди элементов"print *, "не превышающих ее среднего значения"print *, maxval(a,mask=(a<=sum(a)/(n+m)))end

Рисунок 2

4. Функция CSHIFT(array,shift[,dim]) выполняет циклический сдвиг элементов массива1. Здесь array — обязательный аргумент любого допустимого в языке Fortran типа, обозначающий массив, shift — обязательный аргумент типа integer, определяющий количество сдвигаемых элементов массива (его значение должно быть в пределах границ массива) и dim — необязательный аргумент типа integer, определяющий размерность массива.

5. Функция EOHIFT(array,shift[,boundary][,dim]) выполняет вытесняющий сдвиг элементов массива2. Здесь array — обязательный аргумент любого типа, обозначающий массив, shift — обязательный аргумент типа integer, определяющий количество сдвигаемых элементов массива (его значение должно быть в пределах границ массива), boundary —

1 Если речь идет о сдвиге элементов в одномерном массива или строке матрицы, то сдвиг влево означает, что элементы из начала массива перемещаются в конец, а сдвиг вправо, что элементы будут перемещены из конца в начало. В случае сдвига элементов в столбце матрицы, элементы сдвигаются либо вверх, либо вниз с соответствующим перемещением.

2 Вытесняющий сдвиг отличается от циклического (CSHIFT) тем, что элементы сдвигаются, а их копии замещаются нулями или специально заданными значениями.

130

необязательный аргумент того же типа, что и элементы массива, им будут замещены копии элементов, оставшиеся после сдвига (отсутствие этого параметра означает замену нулями или символами пробела), dim — необязательный аргумент типа integer, определяющий размерность массива.

6. Функция RESHAPE(source, shape[, pad]) предназначена для формирования из заданного массива нового массива указанной размерности, здесь source — обязательный аргумент любого типа допустимого в языке Fortran, определяющий исходный массив, shape — обязательный не скалярный аргумент целочисленного типа, не содержащий отрицательных элементов и задающий размерность нового массива; ранг нового массива не должен превышать ранг исходного, за исключением тех случаев, когда задан необязательный параметр pad, он должен быть того же типа, что и исходный массив и определять значения недостающих элементов.

Следующий программный код и рис. 3 содержат примеры формирования массивов:

program my_matrixinteger, parameter :: n=3, m=4, k=5integer i ,jinteger a(n,m), b(2,2), c(3,3), x(k), y(1,2)x=(/1,2,3,4,5/)a(1,:)=(/2, 3, 0, -1/)a(2,:)=(/1, 4, -1, 2/)a(3,:)=(/0, 4, 5, 2/)write(*,*) "Формирование массива" write(*,*) "Массив X" write(*,*) xy=reshape(x,(/1,2/))write(*,*) "Массив Y" write(*,*) ywrite(*,*) "Матрица B" b=reshape(x,(/2,2/))do i=1,2

write(*,*) b(i,:)end doc=reshape(x,(/3,3/),(/0/))write(*,*) "Матрица C"do i=1,3

write(*,*) c(i,:)end doc=reshape(x,(/3,3/),(/-1,-2,-3,-4/))write(*,*) "Матрица C" do i=1,3

write(*,*) c(i,:)end do

131

Рисунок 3

write(*,*) "Cдвиг массива" write(*,*) "Массив X" write(*,*) xwrite(*,*) "Массив X, циклический сдвиг на 3 влево"write(*,*) cshift(x,3)write(*,*) "Массив X, вытесняющий сдвиг на 3 влево" write(*,*) eoshift(x,3)write(*,*) "Массив X, циклический сдвиг на 3 вправо" write(*,*) cshift(x,-3)write(*,*) "Массив X, вытесняющий сдвиг на 3 вправо" write(*,*) eoshift(x,-3)write(*,*) "Матрица А" do i=1,n

write(*,*) a(i,:)end dowrite(*,*) "Матрица А, сдвиг по строкам влево на 2" a=cshift(a,2,dim=2)

132

do i=1,nwrite(*,*) a(i,:)

end dowrite(*,*) "Матрица C" do i=1,3

write(*,*) c(i,:)end dowrite(*,*) "Матрица C, сдвиг по столбцам вверх на 2" c=cshift(c,2,dim=1)do i=1,3

write(*,*) c(i,:)end doend

7. Функция TRANSPOSE(matrix) выполняет транспонирование матриц по правилам принятым в математике, здесь matrix — матрица (двумерный мас-сив) рангом не меньше 2, тип аргумента может быть любым допустимым в язы-ке программирования Fortran.

8. Функция MATMUL(matrix_a, matrix_b) предназначена для умно-жения матриц по правилу «строка на столбец» принятому в математике, здесь matrix_a и matrix_b — двумерные массивы целого, вещественного, логиче-ского или комплексного типов5.

9. Функция DOT_PRODUCT(vector_a, vector_b) вычисляет скаляр-ное произведение векторов, здесь vector_a и vector_b — одномерные мас-сивы целого, вещественного, логического или комплексного типов.

Применение функций векторной и матричной алгебры рассмотрим на сле-дующем примере. Пусть нужно решить систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) методом градиента. Из курса вычислительной математики [3] известно, что градиентный метод является довольно распространенным итерационным методом решения линейных систем. Идея метода заключается в том, что решение СЛАУ Ax – b = 0, где A={aij} - матрица коэффициентов, а

b={bi} - столбец свободных коэффициентов, вычисляют по формуле

x p+ 1=x p

−μ p AT r p , где r p=A x p−b – невязка вектора xp и μ=

(r p , A AT)

(A AT r p , A AT r p).

Решение продолжают до тех пор пока максимальная невязка системы не превы-сит заданную точность вычислений ε . Далее приведен текст программы, реа-лизующий решение СЛАУ градиентным методом [2]. Результаты работы про-граммы показаны на рис. 4.

program my_transposereal(8), allocatable, target :: A_(:,:)real(8), allocatable, target :: X_(:)

5 Из курса высшей математики известно, что умножать можно только согласованные матрицы, т.е количество столбцов первой матрицы должно совпадать с количеством строк второй.

133

real(8), allocatable, target :: B_(:)integer N_,i,j,kwrite(*,*) " Размерность СЛАУ N=" read(*,*) N_allocate(A_(N_,N_))allocate(B_(N_))allocate(X_(N_))write(*,*) "Создание матрицы A и вектора B" do i=1,N_

do j=1,N_if (i == j) then

A_(i,j)=1else

A_(i,j)=0.1/(i+j-2)end if

end doend dodo i=1,N_

B_(i)=sin(i*1.0)end dodo k=1,N_

write(*,'(100(f7.4))') a_(k,:)end do

write(*,*)write(*,'(100(f7.4))') b_write(*,*) "Решение СЛАУ методом ГРАДИЕНТА" call grad_posl(A_,B_, X_, N_, 0.001,kol)write(*,'(100(f7.4))') X_write(*,*)write (*,*) "Количество итераций ",kolwrite(*,*)write(*,*) "Проверка решения СЛАУ A*X-B=0"write(*,'(100(f7.3))') matmul(A_,X_)-B_deallocate(A_)deallocate(X_)deallocate(B_)contains

subroutine grad_posl(a, b, x, N, ep,kvo)integer, intent (in):: Nreal, intent (in):: epreal(8), intent (in):: a(N,N), b(N)real(8), intent (inout):: x(N)integer, intent (inout):: kvointeger i,j,prreal(8), allocatable, target :: bet(:)real(8), allocatable, target :: R(:)real(8) mallocate(bet(N))allocate(R(N))do i=1,N

134

bet(i)=b(i)/a(i,i)end dox=betkvo=0pr=1do while (pr==1)

R=matmul(A,x)-bm=dot_product(R,matmul(matmul(A,transpose(A)),R))/

dot_product(matmul(matmul(A,transpose(A)),R),matmul(matmul(A,transpose(A)),R))

x=x-matmul(m*transpose(A),R)kvo=kvo+1if (maxval(abs(R))<=ep) then

pr=0end if

end dodeallocate(bet)deallocate(R)end subroutine grad_posl

end

Рисунок 4

Надеемся, что приведенные в данной работе описания и практические приемы программирования позволят читателю оценить фундаментальность, эф-фективность и вычислительную мощность языка программирования Fortran и окажутся полезными в научной и инженерно-технической деятельности.

Литература1. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В., Решение задач вычислительной матема-

тики в пакетах Mathcad 12, MATLAB 7, Maple 9. Самоучитель. М.: НТ Пресс, 2006. - 496с.

2. Артемов И.Л., Fortran: основы программирования. М.: Диалог-МИФИ, 2007. - 304с.

3. Демидович Б. П., Марон И.А., Шувалова В.З. Численные методы анализа. – М.: Наука, 1967. – 368с.

135

УДК 004.4:528.063

СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЖУРНАЛА ТАХЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЁМКИ

Д. И. Шергин, студент ГГФО. В. Чеснокова, ст. преп. кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университетchergin1994@mail.ru

В статье предлагается описание использования компьютерной программы, разработанной в среде программирования Delphi, которая используется для автоматизации процесса формирования журнала тахиометрической съемки в геодезии.

The article offers a description of the use of a computer program developed in the programming environment Delphi, which is used to automate the process of formation of the journal tacheometry shooting in geodesy.

Тахеометрическая съёмка является одним из методов топографической съёмки. Слово «тахеометрия» – греческого происхождения и означает «быстрое измерение».

Преимущество тахеометрической съёмки в том, что она может применяться при неблагоприятной погоде, и позволяет выполнять полевую работу в короткий срок. Чаще всего тахеометрическая съёмка применяется для создания планов небольших участков в крупном масштабе, а так же для съёмки узких, но достаточно длинных полос местности (трасс, дорог, трубопроводов и т.д.). Кроме того, она выполняется в тех случаях, когда проведение других видов съёмок экономически нецелесообразно или технически затруднено.

Тахеометрические измерения осуществляют с помощью специальных приборов – теоделитов или тахеометров.

Суть тахеометрической съемки заключается в том, что со станции (точки, на котрой установлен прибор) одновременно определяют три пространственные полярные координаты (рис. 1):

• горизонтальный угол β, который отсчитывается по лимбу горизонтального круга,

• вертикальный угол (угол наклона) v, который отсчитывается по лимбу вертикального круга,

• расстояние D от станции до реечной точки (точка, на которой установлена рейка).

Горизонтальное проложение d и превышение h вычисляются.

136

Съемочная основа тахеометрической съемки является тапографичной, то есть положение съемочных точек определяется их координатами. Плановое положение этих точек определяется проложением теоделитных ходов, геодезическими засечками и пр. Во время тахеометрической съемки плотность пунктов съемочной сети должна обеспечивать возможность проложения тахеометрических ходов. Тахеометрическими ходами называют теоделитные ходы, высота вершин которых определялась тригонометрическим нивелированием.

На каждом пункте хода измеряют горизонтальный угол, углы наклона на заднюю и переднюю точки и дальномерное расстояние прямо и обратно. Превышение между пунктами вычисляют по формуле тригонометрического нивелирования. Уравнивание тахеометрического хода выполняют отдельно для координат и превышений. Допустимые невязки вычисляют по следующим формулам:

• угловая f β=l ' √n

• абсолютная

f s=∑ S

400√n

• высотная

f h=0.04∑ S

√nздесь n - число измеренных углов хода, ∑ S - длина хода в метрах.

Для вычисления угла наклона применяют формулу:υ = КЛ-МО

где, КЛ – круг лево, МО – место нуля.

137

Рисунок 1

Горизонтальное проложение вычисляют по формуле:Lo=kl−cos2 v

где kl – отсчёт по дальномеру.Для вычисления превышения применяют формулу:

h=1

2klsin (2v )

Отметку точки вычисляют по формуле:H pmk=H cm+ h

Для автоматизации процесса создания журнала тахиометрической съемки был проведен анализ математического аппарата, разработан алгоритм и создана программа следующей структуры:

• ввод исходных данных;• просмотр данных;• расчёт результатов;• формирование журнала тахеометрической съёмки;• графическая интерпретация задачи.Для удобства пользователя с помощью среды визуального

программирования Delphi 2007 был разработан интерфейс. На рис. 2 представлено главное окно программы.

138

Рисунок 2

Форма ввода и редактирования исходных данных показана на рис. 3. На рис. 4 представлен журнал тахеометрической съмки. В программе предусмотрена возможность сохранения и последующего просмотра исходных данных и полученных результатов в виде текстовых и типизированных файлов.

Рисунок 3

Рисунок 4

139

Геометрическая интерпретация результатов вычислений занесенных в журнал тахиометрической съемки показана на рис. 5. На рис. 6 пользователь может увидеть значения полярных пространственных координат точек.

Рисунок 5

Рисунок 6

140

Программа оснащена информационными окнами О программе, О разработчике и окном Справка, в котором можно познакомиться с руководством пользователю.

Созданная программа формирует журнал тахиометрической съемки точно и очень быстро – гораздо быстрее, чем при работе с калькулятором и другими вычислительными приборами. Кроме того у пользователя есть возможность визуализировать результаты вычислений и просмотреть положение точек в полярной системе координат.

Программу можно применять в учебном процессе для создания журнала тахеометрической съёмки на практических занятияхи и во время учебной геодезической практики.

Кроме того, данную программу можно рекомендовать для применения на производстве, добавив ее в программный комплекс решения геодезических и маркшейдерских задач.

Литература1. Геодезия. Часть первая. Издание второе, исправленное и

дополненное. (По общей редакцией профессора, д.т.н. Могильного С.Г. и профессора, д.н.т. Войтенка С.П.) Донецк, 2003. – 458 с.

2. Чеснокова О. В. Delphi 2007. Алгоритмы и программы. Учимся программировать на Delphi 2007. – М.:НТ Пресс, 2008. – 368с.

141

СЕКЦИЯ 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ, ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

УДК 004.031.42

ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ СИСТЕМ СОЗДАНИЯ И ПРОДВИЖЕНИЯ САЙТОВ CMS. ВОЗМОЖНОСТИ WORDPRESS

Э.В.Дейч , студент физико-металлургического факультета, И. Ю. Анохина, доцент кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, УкраинаIngaTula@mail.ru

В работе проведен сравнительный анализ систем управления содержимым сайта CMS. Оценены технические характеристики и сервисы популярных CMS. Подробно описан процесс создания, раскрутки блога на платформе Wordpress.

The comparative analysis of control system by content of site CMS is conducted. Are appraised the technical descriptions and services of popular CMS . In detail is described the process of creation, untwisting of blog, on the platform of Wordpress.

Несколько лет назад разработка собственного сайта была процессом трудоемким, требующим даже не недель, а месяцев труда. Создатель сайта должен был знать различные технологии, включая как минимум HTML, CSS, а также JavaScript, PHP. Для разработки дизайна сайта следовало изучить хотя бы основы цветодинамики, графические редакторы. Сборка сайта по кирпичикам была процессам длительным и сложным. К тому же созданный сайт нужно было разместить в сети на одной из существующих платформ, например, на сайте narod.ru или воспользоваться возможностями одной из почт, например, pochta.ru.

С появлением систем управления содержимым сайта CMS (Content Management System) процесс упростился. Пользователь получает готовую платформу для размещения материалов. Многие из платформ имеют встроенные календари, формы обратной связи, готовые шаблоны оформления, разработанные профессиональными web-дизайнерами. С помощью CMS можно создавать не просто сайты, а сайты- визитки, сайты компаний, вести блоги, социальные сети.

Мы проанализировали множество CMS, оценили их функции.CMS бывают платными и бесплатными. По данным компании iTrack в русскоязычной зоне Интернета только 13% пользователей используют платные системы, остальные

142

87% - бесплатные. Минимальная стоимость использования системы около 200$. Максимальная доходит до 10000$.

В табл. 1 представлены наиболее популярные CMS, в последних двух строках – платные, остальные – бесплатны. В большинстве случаев системы поддержки сайтов рейтингуются по нескольким позициям: степени обеспечиваемой безопасности, поддержке общепринятых сервисов Интернета, удобству работы и возможностям интерфейса (Юзабилити). Гибкость системы определяет ее возможность поддерживать многоязычность и многосайтовость и дополнительные возможности в виде подключения интернет-магазинов, возможностям пользоваться кредитными картами и пр.

Таблица 1.Сервисы популярных CMS

CMSОбеспечение безопасности

Поддержка ЮзабилитиГибкость системы

Включенный функционал

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14 1516

17

18

19

20

21

22

23

24

Joomla + - - + - + - - + + - + - + + + - - + + + + + -Drupal + + + + - + + - + + + + - + + + + + + + + + + +

Wordpress - - - + - - - - + - - + - + - + - - + + - + - -DataLife Engine

+ - - + - - - - + - - + - + - - + + + + - + - -

uCoz + + + + + + - + + + + + - + + + + + + + + + + +1С-Битрикс + + + + + + + + - + - + - + + + + + + + + + + +

Typo3 + + + + - + - + + + + + + + + + + + + + + + + +NetCat + + + + + + - + + + - + - + + + + + + + + + + +

MODx + + - + - + - - + + - + - + - + + + + + + + + -

Цифрами отмечены столбцы таблицы: 1 – защита от автоматического заполнения форм; 2 -подтверждение email; 3 – уведомления администратору; 4 – разделение прав доступа; 5 – партнерская программа; 6 – публичный форум; 7 – публичная рассылка; 8 – перетаскиваемый контент; 9 – встроенный редактор изображений; 10 – пакетная загрузка файлов; 11 – отмена действий; 12 – визуальный редактор (WYSIWYG); 13 – закачка архива с распаковкой; 14 – многоязычный контент; 15 – многосайтовость; 16 – статистика посещений; 17 – управление стилями и шаблонами; 18 – формы обратной связи; 19 – опросы; 20 – голосования; 21 – форум; 22 – блоги; 23 – интернет-магазин; 24 – платежные системы.

Такие бесплатные системы как uCoz и Drupal полностью повторяют возможности платных систем. Однако, несмотря на это, лидером в настоящий момент является система Wordpress. Если сравнить ее возможности с выше перечисленными, возникает вопрос, почему? Ведь количество реализуемых возможностей значительно ниже, чем в той же системе Ucoz.

143

Во-первых, Wordpress отлично индексируется Яндексом и Google, причем можно добавить на свой блог сервис, автоматически сообщающий о появлении на сайте новых статей, что ускоряет процесс индексации. И еще одно из важных преимуществ. Wordpress позволяет принимать прямые заказы от рекламодателей, напрямую или с помощью популярных систем Miralinks и GoGetLinks. Сайты с высокой посещаемостью попадают в открытый каталог DMOZ (Open Directory Project –открытый каталог). Это многоязычный (79 языковых подразделений) каталог ссылок на более, чем 4.5. млн. сайтов. Итак, система распространена и финансово выгодна.

Несколько лет назад был создан блог на платформе wordpress. Сначала посещаемость доходила до десяти человек в день, со временем его начали посещать около 400-500 человек ежедневно. Ресурс попал в топ-100 лучших русскоязычных блогов wordpress. На сегодняшний день блог посетило более 188 тысяч человек. Ресурс с помощью постовой рекламы начал приносить заработок .

Для создания блога заходим на сайт ru.wordpress.com, нажимаем на кнопку Get started here (рис.1, цифра 1).

Рисунок 1

144

На форме регистрации необходимо указать домен, в примере - hitech21, имя пользователя, пароль, и электронный адрес, рис.1, цифра 2. Административная панель блога с адресом hitech21.wordpress.com отмечена цифрой 3 на рисунке.

Внешний вид блога задается с помощью вкладки «Темы», цифра 4. Темы могут быть одноколончатые, двух, трех и т.д. колончатые. Можно подобрать тему нужной ширины, цвета и типа. Вкладка «Виджеты» используется для установки дополнительных настроек блога, например, наличия календаря на страницах сайта.

В меню «Пользователи» можно добавить друга как автора или редактора блога, отправив ему на e-mail специальное приглашение (рис.2). Так блог превращается в командую работу.

На вкладке «Статистика сайта» можно проверить посещаемость: источники переходов на блог, исходящие переходы, посещаемость статей и т. д. (нижняя часть рис.2.) Можно по сводным таблицам оценить рост и падение посещаемости по дням, неделям, месяцам. Вы можете также создавать опросы для посетителей блога (меню «Опросы»), создавать рейтинги статей.

Рисунок 2

Меню «Записи» используется для написания статей. Заполняется строка заголовка, вводится текст статьи, задаются рубрика и метки. Для удобства работы можно копировать в статью напрямую текст, набранный в Word.

После создания блога можно подумать и о заработке. Существует сервис, который сводит рекламодателей и блогеров – blogun.ru. Зарегистрировав на

145

нем свой ресурс, можно искать рекламодателей. Оцениваем имеющиеся предложения, например, нужно написать о «лучшем» интернет-магазине, согласовывается цена, рис. 3, цифра 1.

Как раскрутить свой блог. Самый верный способ – это спам. Спамить на форумах, на различных сайтах типа otvet.mail.ru или otvety.google.ru. Можно так же спамить в различных социальных сетях, например, найти людей по интересам, совпадающими с тематикой вашего блога и отправить им ссылку на блог. Необходимо посещать другие блоги wordpress и оставлять там свои комментарии. Тем самым вы высвечиваете ссылку на свой сайт.

Для раскрутки блога можно сообщить о нем друзьям. Попросите их обязательно зайти на ваш ресурс, а ещё лучше, чтобы они это делали каждый день в течении месяца – просто раз в день заходить на блог. Т.о. график статистики посещений будет подниматься вверх, а поисковые системы будут поднимать ваш блог вверх результатов поиска.

Если ваш ресурс будет интересным, полезным, первым в своем роде, то успех вам гарантирован. Пример тому facebook, принесший своему хозяину миллирады посещений и долларов.

На рис.3. Цифрой 2 отмечен результат поиска описываемого блога с помощью поисковой системы Google. Как видно, было найдено 229 тысяч ссылок, что свидетельствует как о популярности блога, так и хорошей индексируемости страниц, создаваемых на платформе Wordpress.

Рисунок 3

Реально существующий уже несколько лет блог, созданный на платформе Wordpress, позволяет утверждать, что платформа действительно удобна для

146

создания и ведения блога, а результаты поиска подтверждают утвержение об отличной индексации ее страниц поисковыми системами.

Литература:1. Wordpress.by Сайт поддержки русского Wordpress. URL:

http://wordpress.by. (дата обращения: 25.07.2012).2. Блог вебмастера. http://www.mysoftware.ws/wordpress-blog-chem-on-

xorosh/ (дата обращения: 25.07.2012).3. Сайты на Wordpress. http://bizsoftlab.ru/(дата обращения: 25.07.2012).4. HostCMS. http://www.hostcms.ru/documentation/(дата обращения:

25.07.2012).5. Wordpress http://wordpress.org/(дата обращения: 25.07.2012).6. SEO, ITIL, IT технологии. http://proshin.ru/(дата обращения: 25.07.2012).

УДК 004.514

ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОДИНАМИКИ. ЦВЕТОВЫЕ ОФОРМЛЕНИЯ САЙТОВ.

АНАЛИЗ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ РАБОТЫ С ЦВЕТОМ.

Темнохуд Ю.В. , студентка физико-металлургического факультета, И. Ю. Анохина, доцент кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, УкраинаIngaTula@mail.ru

В работе рассматриваются вопросы цветодинамики, проведен анализ программ, позволяющих подбирать оптимальные цветовые сочетания, описана разработанная авторами программа подбора цветовых схем.

The questions of color-dynamics are examined, the analysis of the programs, allowing to pick up the optimal colour combinations is conducted,is described the program of colour charts selection worked out by authors.

Цвет окружает нас повсюду, как в реальной жизни, так и в мире Интернета. И цветовое оформление обычных плакатов, сайтов в Интернете, бигбордов на улицах городов, логотипов фирм играет существенную роль в восприятии информации. Как показали исследования психологов, человек на 80% воспринимает считываемый текст ассоциативно, посредством чувств и эмоций, и здесь в первую очередь следует говорить о воздействии именно цвета на процесс принятия решений.

147

От цветовой гаммы сайта зависит во многом желание повторно посетить его страницы, она влияет на восприятие текста, размещенного на страницах и оказывает воздействие на формирование мнения у аудитории. Понравилась цветовая схема, смогли посетители окунуться в эмоциональный мир автора, значит, и его мысли найдут у них позитивный отклик. Это касается не только Интернета. В повседневной жизни рекламные плакаты, сопровождающие нас повсюду, могут вызвать желание приобрести товар, а могут и наоборот, вызвать мысли в стиле «нет, никогда не куплю», что-то в стиле назло. Это касается и оформления раздаточного материала при защите дипломов и диссертаций, и стендов, представляющих фирмы на выставках, и презентаций, сопровождающих доклад, и, наконец, при разработке фирменного стиля, логотипа компании…

Существует такая наука – психодинамика, одним из направлений которой является оценка влияния цвета на человека. Учитывая, что крупные компании имеют профессиональных дизайнеров, рекламщиков, специалистов по цвету, мы решили, что анализ цветовых гамм проще всего начать с анализа логотипов известных компаний. На рис. 1 показано несколько логотипов, которые показались нам наиболее интересными, кроме того, по некоторым из них имелись данные об изменении спроса на продукцию при модификации фирменных знаков.

Рисунок 1

Цифра 1 – МТС. Фирменный знак – белое яйцо на красном фоне. Яйцо для славянина - признак достатка в домашнем хозяйстве. Красный цвет привлекает внимание. 50% опрошенных отметили, что знак вызывает желание воспользоваться услугами МТС, 20 % - ассоциация с опасностью (красный цвет – цвет крови), 20% - вызывает интерес и только у 10% респондентов логотип не вызвал никаких эмоций [1]. Таким образом, получается, что каждый второй «проникся» идеей стабильности МТС.

148

Логотип Life (цифра 2) выполнен в такой же цветовой гамме – красный+белый, однако, отсутствие примечательной, бьющей в глаза особенности, как в первом случае, делает его менее запоминающимся.

Цифра 3 – логотип КиївСтар – синяя звезда на белом фоне. Синий цвет считается холодным, спокойным, у современных дизайнеров – это наиболее деловой цвет, символизирующий совершенство, в том числе по мнению разработчиков логотипа и совершенство компании.

Следующий (цифра 4) – векторный логотип Internet Explorer( разработка фирмы Microsoft) – сочетание желтого и синего. Желтый по учению цветодинамики дает ощущение центробежного движения, раскручивая пространство по спирали. Совершенство в освоении пространства – великолепный вариант для браузера.

Не так давно компания Pepsi-Cola ( цифра 5) перекрасила свой логотип в сине-красную гамму, так сказать «в пику» своему постоянному конкуренту фирме Coca-cola (бутылки красного цвета). Как показали исследования, за счет только изменения цветового решения они добились повышения интереса к продукции на 73%[2] по всему миру. Яркое доказательство важности правильно подобранных цветовых решений.

Цифра 6 – логотип российской телекоммуникационной компании МегаФон. Выполнен в сине-зеленой гамме. Зеленый цвет считается успокаивающим (цвет зелени), зрительно сужающим пространство. По мнению 45% респондентов композиция вызывает ощущение дисбаланса и считается неудачной [3], [4].

Цифра 7 – логотип совместного предприятия шведской фирмы Ericsson и японской фирмы Sony – выполнен с использованием серого и зеленого цветов. Отметим, что серый воспринимается как неподвижность, уныние, обычно его характеризуют как безутешную неподвижность. Кстати, пока продукция не пользуется большим спросом, хотя вряд ли дело только в цвете логотипа.

Логотип Касперского (цифра 8) знаком практически каждому: сочетание красного и черного. Если красный – цвет крови, то черный – цвет смерти, опасности. Программа Касперского опасна для вирусов, приводит к их смерти, потоки вирусной крови. Что может быть лучше для программ такого вида!

Надгрызенное яблоко (цифра 9) – логотип известной компьютерной фирмы Apple Inc. Черный цвет на белом фоне. Простой контраст по сей день вызывающий удивление вебмастеров, уж покрасить яблоко в зеленый или красный вполне могли бы. Однако, необходимо отметить, что в разных странах существуют различные цветовые предпочтения. Если в Европе и Америке черный цвет – символ сложности, опасности, чрезвычайности ситуации, то для Востока черный цвет – один из самых любимых. Арабы говорят: «Значительную часть жизни человек проводит в темноте ночи, под ее черными покрывалами». Если учесть, что название фирмы Apple было придумано ее создателями, чтобы оказаться в начале телефонного справочника, то вряд ли следует удивляться и оригинальности логотипа.

149

Последний логотип известной фирмы М cDonald’s – крупнейшей в мире сети ресторанов быстрого питания. Выполнен в виде желтых объемных, напоминающих булочки, букв на красном фоне. По мнению специалистов гамма выбрана как гамма лидера (красный цвет), дарующего остальным тепло, солнце (желтый)[5].

Нами специально рассмотрены наиболее интересные логотипы, чтобы показать как интересно и сложно разрабатывать цветовые схемы.

Увы, не каждый из нас знает особенности цветов, не у каждого есть вкус, далеко не каждый знает, в какой стране какой цвет предпочтительнее. И здесь на помощь приходят специальные компьютерные программы, позволяющие подобрать цветовые решения, достойные профессионалов.

Одна из наиболее популярных программ – программа ColorSchemer Studio – разработка фирмы ColorSchemer[6], рис.2. В основе ее использования лежит цветовой круг, позволяющий выбрать схему и сочетания цветов. По кругу размещены все цвета, которые отображаются на компьютере, разбитые на сектора, определяющие переход от одного активного цвета к другому. Аналог круга можно увидеть, например, в Word при выполнении команды меню Формат/Фон/Другие цвета. На экране открывается шестигранник с сотами, соответствующими всем возможным цветовым реализациям на компьютере.

На выбор дается несколько цветовых схем. Схема Моно дает оформление в оттенках одного цвета. Например, если за основу берется красный, то цвета схемы будут представлены во всевозможных оттенках красного (от нежно-розового до яркого чистого цвета), цифра 1 рисунка. Схема Контраст находит контрастный цвет к выбранному: к черному белый, к синему – желтый, к красному – зеленый. Это сочетание цветов, бьющих в глаза, наиболее контрастирующих между собой и значит такие варианты могут использоваться для яркой, броской рекламы.

Схемы Триада и Тетрада реализуют оптимальный подбор трех и четырех цветов. Они расположены в нижней части рисунка и отмечены цифрой 5.

После выбора схемы (на примере показана Триада, буквы a,b,c рисунка) следует задать стартовый цвет, который вы хотите использовать, остальные будут выбраны программой. Нажатие на кнопку «Пример светлой страницыПример светлой страницы» (цифра 2, рис.2) позволит посмотреть на сайте-образце, как выглядит схема в Интернете, «Пример темной страницыПример темной страницы» реализует аналогичные возможности, но выбранные цвета даются в темных оттенках. Вкладка «Безопасные цветаБезопасные цвета» позволяет выбрать цвета, которые остаются неизменными при переходе от одного браузера к другому.

Цифрой 3 отмечен образец сайта, автоматически появляющегося на страницах Интернета после выбора схемы. Несомненным достоинством программы является встроенный модуль, позволяющий узнать кодировку выбранных оттенков как по схемам RGB, так и в шестнадцатеричных кодах, что позволяет встраивать схему в HTML – теги (цифра 4 на рисунке).

150

Рисунок 2

Цифрой 6 мы отметили еще одну программу по подбору цветовых схем -Propallet, причем в отличие от предыдущей программы кроме цветов фона она позволяет подбирать и оптимальный цвет текста. К недостаткам следует отнести реализацию только одноцветной и двухцветной схем. Но есть и существенное достоинство: программа позволяет «захватывать» цвет с экрана. Это одначает, что, если на фотографии, картинке есть оттенок, который вы хотите использовать при создании сайта, то достаточно открыть фотографию, перенести на нее пипетку и выбранный оттенок автоматически идентифицируется, вы получаете его кодировку цифра 6 рисунка.

Мы уже говорили о том, что подбор цветов нужен не только при разработке сайта, но и для плакатов, презентаций, демонстрационных слайдов. И здесь кроме оптимального подбора схем желательно увидеть «вживую» полученные результаты. После изучения большого количества программ, мы выделили программу Color – Style, позволяющую просматривать результаты выбранных цветовых гамм на нескольких схемах: дома, интерьер, отдельные детали обстановки.

На рис.3 - вариант подбора оформления дома, цифра 1. С помощью меню Color Set можно выбрать уже существующие схемы оформления (цифра 2) или создать свою. Можно отточить цветовые схемы на отдельных деталях интерьра, цифра 3. И, на наш взгляд, одно из самых существенных достоинств программы – указать максимально допустимое количество цветов ( кнопка Match), цифра 4. По этому запросу формируется оптимальная цветовая схема из комбинации указанного количества цветов.

151

Рисунок 3

В чем, на наш взгляд, недостатки всех описанных программ? Сначала пользователь должен задать хотя бы один стартовый цвет, с которого и начинают работать программы. К нему будет подобрана пара, тройка дополнительных цветов, как в первой программе, можно будет подобрать и цвет шрифта, как во второй, можно получить готовую схему, как в третьей, но… Первый-то цвет выбирает он сам. А это значит, что встает вопрос, какой стартовый цвет выбрать. Для этого придется учить цветодинамику.

Нами разработана программа в Delphi, решающая следующие задачи:1.Из имеющейся базы данных выбирается один основной цвет и при

необходимости два дополнительных, причем выбор происходит по мотивации, например, стимулирующие, успокаивающие, пастельные цвета, цифра 1, рис. 4.

2.Этот цвет передается в программу ColorSchemer Studio, с помощью которой выбирается оптимальная схема сочетания цветов, которые затем возвращаются в виде кодировки RGB в программу.

3.С помощью разработанного графического редактора произвольно загружаемая фотография красится этими цветами, цифра 2 рисунка.

Программа находится в стадии разработки. В частности, пока закрашивание происходит только по прямоугольным участкам, однако авторы работают над ее усовершенствованием.

152

Рисунок 4

Литература:1. Анализ рынка мобильного контента на сетях GSM России.

MegaResearch http://market.og-irk.ru/getresearch.php?id=2159&h=market.og-irk.ru(дата обращения: 27.07.2012).

2. Росситер Дж. Р. Реклама и продвижение товаров. - СПб.: «Питер», 2001. – 487с.

3. http://perspectives.utmn.ru/2009_9s/2.4.htm(дата обращения: 27.07.2012).4. http://www.megafon.ru(дата обращения: 27.07.2012).5. Страна логотипов. http://strana-logotipov.ru/index.php?s=mcdonalds(дата

обращения: 27.07.2012).6. Официальный сайт фирмы Colorschemer http://www.colorschemer.com/

(дата обращения: 27.07.2012).

УДК 004.514

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ПОИСК В ИНТЕРНЕТЕ. ВОЗМОЖНОСТИ И ОТЛИЧИЯ ПОИСКОВЫХ СИСТЕМ

Д. В. Шаталов, студент физико-металлургического факультета, Е.В. Перинская ,ассистент кафедры ВмиП,

И.Ю.Анохина, доцент кафедры ВмиП Донецкий национальный технический университет, Украина

IngaTula@mail.ru

Рассмотрены варианты поиска информации с использованием различных поисковых систем. Проведен их сравнительный анализ, оценены варианты создания простых и расширенных запросов. Сделаны выводы об оптимальной стратегии поиска деловой и научной информации, о наиболее адаптированных

153

к поиску такого вида информации системах. Описаны каталоги search engines поисковых систем мира.

Are considered the variants of information retrieval with the use of the different searching systems . Their comparative analysis is conducted, the variants of creation of simple and extended queries are appraised . Drawn conclusion about optimal strategy of business and scientific information retrieval, about most adapted to the search of such type of information systems. The catalogues of search engines of the searching systems of the world are described.

Каждому из нас приходится искать информацию в Интернете. Но насколько оптимально мы проводим поиск? Умеем ли найти информацию таким образом, чтобы искомое находилось на первых страницах результатов поиска, исключив рекламные сообщения, отфильтровав не относящееся к делу. При поиске возникает ряд вопросов:1. Какую поисковую систему выбрать.2. Как найти свежую информацию, причем не касающуюся определенного года, а просто самую последнюю по дате поступления.3. Как найти информацию в блогах и видео.

Для ответа на эти вопросы нужно правильно сформировать запрос и правильно выбрать поисковую систему. Для выбора оптимальной поисковой системы можно пойти стандартным путем, а именно, оценить их рейтинг. Ниже приводится рейтинг поисковых систем Украины и России по результатам 2011-2012 года.

Таблица 1.Украина [1] Россия[2]

Google 70.2% Яндекс 57.4%

Yandex 24.4% Google 30.9%

Ukr.net 2.2% Mail.ru 8.9%

Mail.ru 1.8% Rambler 1.5%

Bing.com 0.6% Ask.com 0.4%

Казалось бы все ясно, для поиска информации по Украине используем Google, по России Яндекс или все тот же Google. Однако, мы решили узнать, а какую именно информацию ищут пользователи Интернета. В списке самых популярных запросов граждан Украины шли в порядке убывания: погода, спорт, авто, игры, магазины, видео, анекдоты, музыка, поиск работы [3]. Как следует из перечня, вряд ли рейтинг поисковых систем реально поможет человеку, которому требуется найти техническую, научную, деловую информацию. Мы

154

оценили и рейтинг запросов Донбасса. На первом месте - сайты Донецка и Мариуполя (около 60% посетителей), на втором –сайта «Шахтер» (чуть менее 28%), остальные запросы – погода, покупка/продажа.

Это привело к неутешительному выводу. Для поиска деловой информации нельзя руководствоваться данными рейтинга поисковых систем.

Тогда мы сформировали ряд запросов, ответы на которые искали в различных поисковых системах, сравнивая и оценивая результаты.

Ниже описывается процесс поиска технической информации о рудниках Норвегии.

Сначала был опробован Google. Отметим, что Google считается наиболее популярной мировой поисковой системой. В мае 2000 года разработчики получили диплом Webby Award и награду People`s Voice Award (что-то в стиле номинации на звание самого любимого народного поисковика). В этом же году Google стал самым большим поисковым сервером в мире, проиндексировав миллиард страниц. На рис.1 цифрой 1 отмечен результат поиска в Google, причем с использованием расширенного запроса. Этот вид запроса в Google позволяет ограничивать поиск данных определенным временем, определять страну поиска, исключать слова, которые не должны встречаться в результатах поиска. Как и везде, в Интернете обилие рекламы и поиск с указанием страны, как правило, обуславливает появление ссылок на сайты, посвященные отдыху в этой стране, бронированию билетов и отелей, наконец, просто фотографиям. Так как пользователь редко просматривает более пяти первых страниц результатов, наша задача состояла в том, чтобы на первых же страницах появились данные по запросу, а не сообщения о погоде в Норвегии. Как видно из рисунка, Google не оказался на высоте. Мы узнали о планах российских инвесторов относительно Норвегии, забастовке шахтеров ЮАР, правда, в руднике. И это при том, что фраза поиска имела вид : «Норвегия рудники – отдых – реферат – география –туризм – отели – работа» (Знак минус означает исключение указанных слов из поиска).

Цифрой 2 на рисунке отмечены результаты поиска в Яндексе. Возможности расширенного поиска здесь позволяют задать язык документов, их формат, дату обновления сайтов и исключать заданные слова. Нами было исключено слово в числе многих и слово «реферат». Как видно, именно рефераты и появились на первых страницах результатов. Конкретной информации о рудниках не нашлось, во всяком случае на первых пяти страницах.

Поисковая система Rambler на первый взгляд предоставляет несколько больше возможностей. К уже описанным ранее добавляется возможность задания расстояния между словами. Например, если вы ищете информацию об Александре Пушкине, то следует указать, что слова должны располагаться рядом, чтобы исключить информацию об Александрах, пишущих о Пушкине. Однако, как не менялись нами условия поиска, результаты были неутешительными. Как видно из рисунка (цифра 3), на первом месте

155

располагается ссылка на радио Эхо Москвы с описание проблем курортов Норвегии.

Рисунок 1

Поиск в mail.ru дал более определенные результаты (цифра 4). У нас хотя бы появилась информация о том, где именно находятся норвежские рудники. Хотя к недостаткам системы следует отнести слабые возможности расширенного поиска, которые ограничиваются заданием формата файла и поиском цитат. К сожалению, нам не удалось отфильтровать лишние страницы, поэтому на четвертом месте в списке результатов идет игра «Рудники гномов».

Поиск с использованием ask.com и bing.com дал мало информации по направлению поиска, но зато предоставил большое количество рекламы, сообщений о туризме и рефератах для школьников.

Нельзя не отметить достаточно удобный поиск в системе nigma.ru. Это первая в России интеллектуальная поисковая система (так во всяком случае

156

утверждают ее разработчики), цифра 5 рисунка. Система позволяет задать условия фильтрации (расширенный поиск). С помощью фильтра можно исключить информацию об указанных в приводимом списке разделах. Мы исключили данные о погоде, интернет-магазинах, рефератах… К сожалению, не совсем понятно, как именно формируется список фильтра. Например, в нашем примере можно было исключить информацию о Николаевском районе и Львовской области, которые вообще непонятно как попали в список. Кроме этого, используя частицу OR (или) можно исключить несколько слов, например, Or реферат, Or отели…Это иной вариант знака минус, используемого в Google. Указанные слова размещают в строке «без слов». Отметим, что на наш взгляд, система позволила найти наиболее оптимальные результаты, так как исключила игры, фотографии… в отличие от поиска в mail.ru.

К удачным результатам следует отнести и поиск в системе Апорт. При использовании расширенного запроса мы нашли информацию о добыче руды. К сожалению, система исключает из поиска только указанные слова, не исключая синонимы. Например, мы исключили из поиска отели, что позволило системе выдать информацию о кемпингах и гостиницах, цифра 6 рисунка.

И еще один удачный пример. Использование системы WebAlta дало отличные результаты, цифра 7.

Для поиска информации были использованы не только поисковые системы, но и каталоги интернет-ресурсов. Ни в каталоге BigMax, ни в разрекламированном каталоге Улитка не было найдено вообще ни одного сайта с информацией о рудниках Норвегии, цифра 8.

Сравнивая указанные поисковые системы и каталоги, мы сделали следующий вывод. Рейтинг поисковиков определяется на основании рядового потребителя, которого, как правило, интересует погода, результаты матчей, покупки товаров и анекдоты. Как и в нашей стране, так и в других странах, научная интеллигенция не является основной составляющей народонаселения, поэтому ее голоса вряд ли влияют на рейтинг. Поэтому , к сожалению, следует отметить , что , как Google, так и другие поисковые системы не удовлетворяют вариантам оптимального поиска. Для поиска научной информации мы бы рекомендовали следующие поисковики: Nigma.ru, mail.ru, WebAlta и Апорт.

Мы надеялись получить техничекую информацию, но даже указанные системы ограничились описанием общего типа. Поэтому мы обратились к системе Search Engine WorldWide [3]. В 1999 году при участии 15 крупнейших поисковых систем Интернета стартовал проект SESP (Search Engine Standards Project), призванный стандартизировать работу поисковых служб. Под термином search engines понимают поисковые системы в чистом виде? Только поиск и никаких вспомогательных функций в виде расчетов математических выражений и физических формул. Первоначально, создатели проекта пытались стандартизировать условия поиска, например, использование слов And, Or, Not при составлении сложных запросов. Была разработана синтаксическая система, определяющая последовательность скобок, знаков препинания. На сайт Search

157

Engines попадали только те поисковики, которые следовали указанным требованиям. Однако, со временем язык запросов упростился, появились специальные строки, где без знания синтаксических правил можно было указать, какие слова обязательно должны входить, а какие не входить в материалы. Поэтому теперь на сайте Search Engine s представлены просто все заявленные поисковые системы разных стран[4].

На рисунке 2 цифрой 1 отмечен главная страница сайта. В приводимом списке выбирается нужная страна (выбрана Норвегия), после чего открывается список поисковых систем указанной страны с комментариями. На каком языке работает поисковик (английский или норвежский), какого типа информацию он предоставляет, цифра 2, [5]. Цифрой 3 отмечены полученные практически за секунды результаты по всем рудникам страны с указанием их местоположения, адресов сайтов каждого рудника и даже отчетов по результатам производства.

Рисунок 2

Какой вывод можно сделать отсюда? Техническую, деловую информацию нужно искать с помощью поисковых систем указанных стран, в то же время

158

информацию, допустим, о расположении ДонНТУ следует искать, используя региональные системы, например, сайты города Донецка.

Мы сформулировали такую оптимальную стратегию поиска деловой информации:

1. Задавать вопросы следует не одним словом, а набором уточняющих слов, причем не используя предлоги, знаки препинания. Используйте расширенные запросы для уточнения поставленного вопроса.

2. Если известно точно, в какой рубрике искать, используйте ее. Во многих поисковых системах есть рубрикаторы.

3. Никогда не ограничивайтесь одним поисковиком, пробуйте поискать в разных системах. Мы отдаем предпочтение Нигме, Апорту и поисковику mail.

4. При поиске документов об отдельной стране или на конкретном языке следует отдать предпочтение национальным/региональным поисковым средствам.

5. Не следует забывать, что поисковые системы рассчитаны на обычного потребителя, а не на ученого, поэтому, чтобы найти нужную информацию, придется потрудиться.

Литература:1. Рейтинг поисковых систем за 2011-2012 год от компании Dilibrium. URL:

http://mir.dilibrium.ru/stati/43-stati-o-internet-reklame/381-rejting-poiskovyh-sistem-za-2011-2012-god-ot-kompanii-dilibrium (дата обращения: 27.08.2012).

2. Статистика поисковых запросов Яндекса (Yandex), Гугла (Google ) и других поисковиков. URL: http://top.bigmir.net/global/sewords (дата обращения: 27.08.2012).

3. Searchengines. Энциклопедия поисковых систем. URL: http://www.searchengines.ru/ (дата обращения: 27.08.2012).

4. Search engines worldwide. URL: http://search-engines.seoimage.com/SEO-Russia.html (дата обращения: 27.08.2012).

5. Searchenginecolossus. Поисковые системы Норвегии. http://www.searchenginecolossus.com/Norway.html (дата обращения: 27.08.2012).

159

УДК 004.514.62

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ОНЛАЙН-КАРТОГРАФИИ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СХЕМ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ

ПРОИСШЕСТВИЙ

Н.Н. Мешечек, магистрант факультета электронно-информационных систем,

Д. А. Костюк, доцент кафедры ЭВМ и систем Брестский государственный технический университет, Беларусь

meshechek88@gmail.com

В работе представлен подход к созданию распределенной системы подготовки схем дорожно-транспортных происшествий. Система предназначена для сотрудников автоинспекции и включает портативный терминал с функцией GPS-позиционирования для использования на месте происшествия.

This paper presents an approach for a distributed system of preparation of road accidents schemes. The system is designed for employees of traffic police, and includes a portable terminal with GPS-positioning function for use at the scene.

Планшетные информационно-вычислительные устройства с сенсорным экраном в последнее время широко используются в качестве унифицированных терминалов средств информационной и информационно-измерительной техники. Несмотря на то, что использование одной и той же поверхности для сенсорного ввода и вывода информации вносит ряд программных и аппаратных сложностей (требования к размеру виртуальных элементов управления, необходимость периодической очистки сенсорной поверхности для восстановления прежней степени ее прозрачности), популярность подобных решений продолжает возрастать — в первую очередь благодаря возможности использовать унифицированные аппаратные средства, полностью переложив на программное обеспечение организацию человеко-машинного интерфейса, а также высокую портативность и монолитность получаемого аппаратного терминала. Подход обладает широкой степенью универсальности (от мобильных устройств связи до интеллектуальных измерительных устройств) и масштабируемости (от портативных устройств с диагональю экрана от 2 дюймов до информационных киосков) [1].

Обычно в связи с типичными ограничениями по вычислительной мощности, площади сенсорного экрана и сложности графического интерфейса, планшеты в той или иной степени играют роль вспомогательного устройства: часть задач, требующая более производительного оборудования и

160

предусматривающая интенсивное взаимодействие с пользователем, включающее текстовый ввод и прецизионные операции, как правило перекладывается на стационарный компьютер. Взамен, планшет предоставляет возможности, недоступные для классических автоматизированных систем: высокую портативность, простоту управления, возможность интеграции изображений со встроенной цифровой камеры и привязки к координатам местности, получаемых датчиками GPS.

В рамках данного подхода нами разрабатывается распределенная программно-аппаратная система для составления и отображения схем дорожно- транспортных происшествий (ДТП). Предлагаемая программно-аппаратная система для составления и отображения схем ДТП предназначается для подготовки иллюстративных материалов разъяснительного и профилактического характера. Система ориентирована на использование в полевых условиях. Аппаратная часть системы представляет собой комбинацию стандартных компонент: офисного компьютера либо ноутбука, а также электронного планшета, оснащенного модулями GSM-связи и GPS-позиционирования, работающего под управлением ОС Android. Соответственно, за подготовку схем ДТП отвечают два программных компонента: портативный редактор схем, используемый на месте происшествия, и генератор 3D-модели, работающий на стационарном компьютере либо ноутбуке [1].

Рисунок 1

Портативный редактор схем работает на электронном планшете. Интерфейс составления схемы спроектирован с учетом особенностей емкостного сенсорного экрана и максимально использует принципы прямого объектного управления [2]. Окно редактора разбито на две части: правая отвечает за отображение графических примитивов, левая – область для создания схемы. Манипуляции над примитивами выполняются типовыми интуитивно-понятными жестами: прямолинейное движение для перемещения, круговые –

161

для вращения, использование технологии мультитач для масштабирования. Составление схемы основано на использовании библиотеки графических примитивов, включающей элементы дорог и улиц, изображения возможных участников движения, пиктограммы дорожных знаков и светофоров, а также поясняющие элементы, такие как стрелки, надписи, геометрические фигуры и линии. Выбор конкретного типа примитивов осуществляется с помощью контекстного меню. Элементы дорог включают наиболее распространенные шаблоны дорог и перекрестков, а также варианты дорожной разметки. При отсутствии необходимого изображения перекрестка или улицы предусмотрена возможность создания собственного примитива. Для участников движения предусматривается возможность задания произвольного цвета графического примитива [3].

Создание схемы на планшете упрощено использованием доступных в онлайне карт городов. Для загрузки фрагмента карты используется автоматическое определение географических координат с помощью модуля A-GPS. Выбор конкретного перекрестка или улицы происходит прямолинейным перемещением пальца по карте, при необходимости предусмотрена возможность изменения масштаба. Получаемый фрагмент интегрируется в создаваемую схему в виде наборов полигонов и линий, а также текстовых надписей.

На роль сервиса онлайн-картографии были рассмотрены OpenStreetMap, Google Maps, Wikimapia и «Яндекс.Народная карта». Выбор был сделан в пользу проектов OpenStreetMap и Google Maps. Последний на текущий момент представляет более полные данные и более удобен благодаря наличию API, разработанного и опубликованного Google с целью привлечь разработчиков к интеграции Google Maps в их веб-проекты с геоданными.

Генератор трехмерной модели, запускаемый на стационарном компьютере, строит трехмерную сцену на основе двумерной схемы ДТП. Таким образом, результатом работы системы, помимо стандартных растровых изображений схем, являются динамические модели ДТП, генерируемые в виде фрагментов кода на HTML и пригодные к интеграции на произвольную веб-страницу. Для отображения трехмерной сцены в браузере использована javascript-библиотека three.js, являющаяся надстройкой над технологией WebGL и упрощающая работу по визуализации. На вход генератора 3D-модели поступают данные в формате JSON – универсальном формате, ориентированном на описание относительно простых иерархических наборов данных, легко воспринимающимся человеком и эффективно обрабатываемым средствами javascript. Объекты, распознаваемые генератором 3D-модели: дорожная разметка, транспортные средства, дорожные знаки и светофоры, а также кадры анимации.

Для упрощения структур данных и анимации все подвижные объекты, включая пешеходов, считаются при трехмерной визуализации относящимися к классу транспортных средств. Атрибуты разметки – имя файла текстуры,

162

размеры и позиция относительно центра схемы. Атрибуты транспорта – идентификатор в данной сцене, название модели, координаты и угол вращения относительно продольной оси схемы, а также необязательные атрибуты сопровождающей транспортное средство текстовой метки (надпись, координаты и угол вращения). Атрибуты знаков – идентификатор в данной сцене, имя файла текстуры (совпадает с международным числовым обозначением дорожного знака), координаты и угол вращения, а также подтип, обозначающий форму знака либо принадлежность данного объекта к семейству светофоров). Каждый кадр имеет идентификатор и массив перемещений, задающий изменения в положении объектов. Элемент массива перемещений обязательно содержит идентификатор транспортного средства, новую позицию объекта и/или сопровождающей его текстовой надписи. Трехмерные модели представлены в отдельных файлах в формате COLLADA (открытый формат, используемый для обмена между различными 3D-редакторами и поддерживаемый, в т.ч., библиотекой three.js). Динамика веб-представления обеспечивает большую наглядность схемы за счет возможности проиграть ее, отслеживая с разных ракурсов перемещения участников происшествия.

Рисунок 2

Литература:1. Мешечек Н.Н. Распределенная система изображения дорожно-

транспортных происшествий с портативным терминалом // Материалы 8-й Международной молодёжной НТК «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2012». – Севастополь, 2012. – С. 370.

2. Мешечек Н.Н. Экранные средства ввода форматированного текста с объектным управлением // Новые направления развития

163

приборостроения: материалы 4-й Международной студенческой научно-технической конференции. – Минск, БНТУ, 2011. – С. 63.

3. Мешечек Н.Н. Распределенная система визуализации схем дорожно-транспортных происшествий с портативным терминалом // Мат. VII Республиканской науч. Конф. молодых ученых и студентов «Современные проблемы математики и вычислительной техники»: в 2-х частях. — Брест: Изд-во БрГТУ, 2011. — Ч. 2. — С. 52 — 54.

УДК 004.514

ПОДХОД К РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОНИКИ

С.Н.Власенко, О.О.ЛатийВ.И.Хведчук, доцент

Брестский государственный технический университетliddan@mail.ru

Работа посвящена базовым элементам моделирования процессов, проходящих в полупроводниковых структурах. Приведен подход к решению задачи переноса на базе метода конечных элементов. Описанный подход реализуется на базе математической системы.

This work is devoted to the basic modeling processes elements, passing in semiconductor structures. Approach to solution of task of transfer is brought on the base of method of eventual elements. The described approach is implemented on the basis of a mathematical system.

Одним из элементов проектирования интегральных схем является анализ физических процессов происходящих в полупроводниковых структурах. Причем имеют место размеры активных областей менее 0,5 мкм и многомерная природа переноса заряда.

Многие процессы переноса энергии, массы, импульса, заряда и т.д. описываются системами нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Так, для физики полупроводников базовыми являются уравнения Максвелла.

.

;

0;

ED

HB

BD

JD

H

BE

п

divнdiv

провtнrot

trot

→→

→→

→→

→

→

→

→→

=

=

==

+∂

∂−=

∂∂

−=

ε

µ

ρ

164

где E→

, нD

→- векторы напряженности электрического поля и индукции; H

→, B

→ -

векторы напряженности магнитного поля и индукции; ε , µ п - диэлектрическая

и магнитная проницаемости; провJ→

- плотность тока проводимости, t –время.Физические процессы в полупроводниковых структурах описываются

уравнениями непрерывности для дырок и электронов, уравнением Пуассона для электростатического потенциала, уравнением Максвелла для полной плотности тока, уравнениями для плотностей электронного и дырочного тока.

Метод конечных элементов (МКЭ) является сеточным методом, предназначенным для решения задач микроуровня, для которого модель объекта задается системой дифференциальных уравнений в частных производных с заданными краевыми условиями[1].

МКЭ основывается на методе взвешенных невязок, суть которого заключается в следующем: подбирается функция, удовлетворяющая дифференциальным уравнениям и краевым условиям, но подбирается не произвольно, поскольку такой подбор вряд ли возможен уже в двухмерном пространстве, а с использованием специальных методов.

Идея метода заключается в следующем: в методе взвешенных невязок воспользоваться простыми пробными и весомыми функциями, но не во всей области S, а ее отдельных подобластях (конечных элементах), а точность решения задачи обеспечить использованием большого числа конечных элементов (КЭ), при этом КЭ могут быть простой формы и вычисление интегралов по ним не должно вызывать особых затруднений. Математически переход от метода взвешенных невязок к МКЭ осуществляется с использованием специальных пробных функций, которые также называются глобальными базисными функциями, обладающих следующими свойствами:

1. в узле аппроксимации функции имеют значение равное единице;2. отличны от нуля только в конечных элементах, содержащих этот

узел аппроксимации, во всей остальной области равны нулю.Далее рассматривается решение задач в одномерной области в

математической системе Mathcad (рис. 1 - 3).L1, L2, L3 – длины конечных элементов. а – точка приложения

воздействия, f – величина воздействия. E, I – характеристики материала, MM(x) – функция воздействия (моментов).

На базе описанной модели реализованы одномерная и двумерная версия расчета в математической системе Mathcad. Проведен расчет по МКЭ на примере теплового режима кремниевой пластины.

Реализованные операции МКЭ могут быть использованы для разработки инструментария построения моделей расчета переходных процессов, позволяющих анализировать функционально-интегрированные элементы БИС и СБИС[2].

165

l1

L1 3= L2 4= L3 5= E 2 106⋅= I 800= i 0 3. .=

f 2= a 8= l L1 L2+ L3+=

MM x( ) f 1 a−( )⋅x

l⋅ x a≥( ) f⋅ x a−( )⋅−=

x

0

L1

L1 L2+

L1 L2+ L3+

= x

0

3

7

12

=

Рисунок 1

M

0

2

4.667

0

=M

MM x0( )MM x1( )MM x2( )MM x3( )

=

y0 0= y3 0= dy0 0=

y1 0= y2 0= dy3 0=

Given

1

L1

1−L1

0

0

1−L2

1

L1

1

L2+

1−L2

0

0

1−L2

1

L2

1

L3+

1−L3

0

0

1−L3

1

L3

y0

y1

y2

y3

⋅

dy0

0

0

dy3

L1

3

L1

6

0

0

L1

6

L1

3

L2

3+

L2

6

0

0

L2−6

L2

3

L3

3+

L3

6

0

0

L3

6

L3

3

M0

E I⋅

M1

E I⋅

M2

E I⋅

M3

E I⋅

⋅−=

resh Find y1 y2, dy0, dy3,( )=

resh0 =

y

0

resh0−

resh1−

0

=resh1 =

Рисунок 2

166

0 2 4 6 8 10 12

1 .107

5 .108

y

x

Рисунок 3

Литература

1. О.Зенкевич. Метод конечных элементов в технике. - М: Мир, 1975. 2. М.Н.Петров, Г.В.Гудков. Моделирование компонентов и элементов

интегральных схем. – СПб: Издателство «Лань», 2011.

УДК 004.7

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ХЕРСТА ПРИ ФРАКТАЛЬНОМ АНАЛИЗЕ СЕТЕВОГО ТРАФИКА

А.А. Гончаров, студент Европейского университетаД.В. Бельков, доцент кафедры ВМиП ДонНТУ

Донецкий филиал Европейского университета, УкраинаДонецкий национальный технический университет, Украина

belkov@telenet.dn.ua

Ситуация, сложившаяся в современных глобальных компьютерных сетях, появление новых свойств сетевого трафика, необходимость обеспечения высокого качества обслуживания различных категорий приложений, делают актуальной задачу исследования фрактального трафика. Предложенный в статье метод определения показателя Херста может быть использован для оценки фрактальности сетевого трафика.

The situation, folded in the modern worldwide computer networks, appearance of new properties of the traffic network, necessity of providing high quality of

167

maintenance of the different categories of applications, do actual a task of the research fractal traffic. The offered in the article method of the Hurst index determination can be used for estimation of the fractal traffic network.

До недавнего времени теоретическую базу для проектирования систем распределения информации составляла теория массового обслуживания. Моделью потока вызовов (данных) в этой теории является простейший поток (стационарный ординарный поток без последействия). В 1993 году группа американских исследователей: W.Leland, M.Taqqu, W.Willinger и D.Wilson опубликовали результаты работы, которая в корне изменила представления о процессах, происходящих в телекоммуникационных сетях с коммутацией пакетов. Оказалось, что потоки в современных сетях нельзя аппроксимировать простейшими, поскольку они имеют иную структуру, чем принято в классической теории телетрафика. Было установлено, что трафик сети обладает свойством самоподобия (масштабной инвариантности), имеет память (последействие), а также обладает высокой пульсацией. По этой причине расчет параметров системы распределения информации, предназначенной для обработки сетевого трафика, по классическим формулам дает некорректные, неоправданно оптимистические результаты. Алгоритмы обработки трафика, созданные для работы с простейшим потоком неэффективны для фрактальных потоков с самоподобием. Статистические характеристики (среднее значение, спектральная плотность, автокорреляционная функция и др.) самоподобного трафика имеют характер спада сильно отличающийся от экспоненциального [1].

Анализ фрактальных свойств трафика позволяет выделить важные числовые характеристики, на основе которых могут быть построены адаптивные алгоритмы статистического управления и прогнозирования. Использование свойств самоподобия трафика может обеспечить достижение высокой степени масштабируемости прогноза сетевой нагрузки и получить оценки для широкого диапазона временных интервалов на основе результатов измерения ограниченного набора данных. Предсказание во временной области изменения значения потоков, проходящих через канал позволяет:

1) Динамически перераспределять размеры буферов, компенсируя недостаток пропускной способности, выделенный для низкоприоритетных данных.

2) Обеспечивать оптимальные временные характеристики, например задержку при буферизации.

3) Формировать локальные контуры управления перегрузкой буферов и каналов связи ATM сети.

4) Дать возможность источникам, передающим данные с помощью транспортного протокола с обратной связью (TCP), получать прогнозы доступной пропускной способности сети и соответственно модифицировать стратегии предотвращения перегрузок.

168

Для этих задач можно использовать реализацию алгоритмов адаптации и управления с помощью самонастраивающихся сетевых компонент, получивших название интеллектуальных агентов. В этом случае передача данных и выработка управляющих воздействий не формируется в одном программном модуле, а локализуется в том месте сетевой инфраструктуры, где соответствующие задачи могут быть решены с привлечением минимальных сетевых ресурсов [2].

Параметр самоподобия H (показатель Херста) является мерой длительности долгосрочной зависимости временного ряда. Значение H=0,5 указывает на отсутствие долгосрочной зависимости. Корреляции между событиями нет. Ряд является случайным, а не фрактальным. Чем ближе значение H к 1, тем выше степень устойчивости долгосрочной зависимости. При 0≤H< 0,5 временной ряд является трендонеустойчивым. Он более изменчив, чем случайный ряд, поскольку состоит из частых реверсов спад-подъем. При 0,5≤H ≤1 ряд трендонеустойчив. Тенденция его изменения может быть спрогнозирована.

Одним из наиболее известных методов определения значения H является алгоритм R/S-анализа временных рядов. Он реализован в программе Fractan . Алгоритм состоит в следующем. В исходной реализации Z последовательно выделяют отрезки Z t=z1 , z2 , ... , z t , для каждого из которых вычисляют текущее среднее. Далее для каждого фиксированного Z t вычисляют накопленное отклонение для его отрезков, разность (размах) R(t) между максимальным и минимальным накопленными отклонениями и стандартное отклонение S=S(t). Показатель Херста вычисляют с помощью формулы

R / S=(t /2)H .Логарифмируя обе части этого равенства, получаем последовательность

точек (x t , y t) , где x t= zt yt=H (t)=lg (R(t )/S ( t))/ lg (t /2) . Построив график зависимости H(t) и линию тренда, определяют аппроксимированное значение показателя Херста H [3].

В работе предлагается новый метод определения значения H при 0,5≤H ≤1 . Он состоит в следующем:

1. Построить график автокорреляционной функции (АКФ) и определить время корреляции (память) процесса. Это количество тактов p, в течение которых АКФ временного ряда больше нуля.

2. Найти значение H, решив уравнение H ( p+ 1)+ H−1=0Метод требует значительно меньше вычислений, чем R/S-анализ и может

быть реализован с помощью программы Fractan для построения графика АКФ и программных средств, позволяющих решать уравнения.

В основу метода положено предположение, что значение H делит единичный отрезок на две неравные части так, что выполняется условие

1 /H p=H /(1−H ) .

169

Поскольку показатель Херста является мерой длительности долгосрочной зависимости временного ряда, т.е. мерой памяти ряда, то значение p в данной формуле принято равным времени корреляции. Уравнение, предлагаемое для определения H, известно в теории обобщенных чисел Фибоначчи и используется при описании немарковских процессов с памятью.

В зависимости от величины p, возможны различные корни уравнения. При p=0 процесс не имеет памяти, события являются независимыми. В таком случае, согласно теории фрактальных процессов показатель Херста H должен быть равен 0,5. Решив уравнение H (0+ 1)+ H−1=0 , действительно получим H=0,5. При увеличении значений p, возникает ряд обобщенных золотых сечений. Например, при p=1 решением уравнения является классическое золотое сечение H=0,618. При p=1 значение H=0,682, при p=2 значение H=0,725 и т.д. Таким образом, показатель Херста не может принимать произвольные значения из интервала 0,5≤H ≤1 . Величина H зависит от памяти p.

Для проверки предлагаемого метода (метода золотых сечений, МЗС) проведен вычислительный эксперимент. С помощью программы Fractan 4.4 построены АКФ реализаций сетевого трафика и вычислены их показатели Херста методом R/S-анализа. Для сравнения показатели Херста были определены предлагаемым методом МЗС. Для всех рядов получены результаты, совпадающие с результатами R/S-анализа с допустимой точностью.

Для сети с беспроводным доступом изучается один из основных сетевых процессов – процесс RTT-задержки, который служит для получения информации о состоянии сети методом “черного ящика”, когда через сеть пропускается последовательность пакетов, и на основании времени их прохождения до удаленного узла и обратно делаются выводы о загрузке сети. Для изучения выбраны три реализации сетевого трафика [4], полученные в 2007 году в университете города Наполи (Италия). Согласно лицензии данные свободно доступны для анализа. Измерения проводились каждые 10 миллисекунд, получено свыше 3000 отсчетов. Отправитель имел GPRS-доступ, получатель - UMTS-доступ, скорость передачи 100 pps, операционная система Windows32, на каждой из сторон.

В первой серии экспериментов исследовался ряд TCP_d64 измерений задержки TCP-пакетов объемом 64 байт. Результат показан на рис. 1. Показатель Херста для ряда TCP_d64, полученный R/S-анализом равен H=0,906 с погрешностью 0,265. Значение H, полученное МЗС: p=8, H=0,824.

Во второй серии экспериментов исследовался ряд TCP_d256 измерений задержки TCP-пакетов объемом 256 байт. Результат показан на рис. 2. Показатель Херста для ряда TCP_d256, полученный R/S-анализом равен H=0,744 с погрешностью 0,174. Значение H, полученное МЗС: p=4, H=0,755.

170

Рисунок 1

Рисунок 2

В третьей серии экспериментов исследовался ряд TCP_d1024 измерений задержки TCP-пакетов объемом 1024 байт. Результат показан на рис. 3. Показатель Херста для ряда TCP_d1024, полученный R/S-анализом равен H=0,829 с погрешностью 0,237. Значение H, полученное МЗС: p=6, H=0,797.

171

Рисунок 3

Ситуация, сложившаяся в современных глобальных компьютерных сетях, наличие большого количества сетевых маршрутов на которых периодически возникают резкие колебания задержки в передаче данных и большой процент потерь пакетов, появление новых свойств сетевого трафика, необходимость обеспечения высокого качества обслуживания различных категорий приложений, делают актуальной задачу исследования фрактального трафика. Предложенный в статье метод определения показателя Херста может быть использован для оценки фрактальности сетевого трафика.

Литература:1. Park K. Self-Similar Network Traffic: An Overview. URL:

http://pi.314159.ru/park1.pdf (дата обращения: 11.03.2012)2. Городецкий А.Я., Заборовский В.С. Информатика. Фрактальные процессы

в компьютерных сетях. – СПб.: СПбГТУ, 2000. – 102 с. 3. Петров В.В. Структура телетрафика и алгоритм обеспечения качества

обслуживания при влиянии эффекта самоподобия. Автореферат диссертации. Москва. – 2004. – 20 с.

4. Network tools and traffic traces. URL: http://www.grid.unina.it/Traffic/Traces/ttraces.php (дата обращения: 11.03.2012)

172

УДК 519.85 (075.4)

ELECTRONIC ASSESSMENT OF THE KNOWLEDGE - FORMS AND SOFTWARE SOLUTIONS

ЭЛЕКТРОННЫЕ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ - ФОРМЫ И ПРОГРАММНЫЕ РЕШЕНИЯ

Марьяна Николова, PhD кафедры «Компьютерные системы и технологии"Великотырновский университет, Болгарии,

mnikolova_vt@abv.bg

The report discusses the main functions and components of the students’ assessment process. The basic structure, the possibilities and advantages of e-assessment system are discussed in this paper. It also describes the advantages of the Computer-Assisted Assessment Mode. System requirements for e-Assessment are examined as well.

INTRODUCTIONLearning, as well as other human activities, cannot be confined within defined

boundaries. Moreover, a learning environment has to support trust building and rich forms of communication between teachers and learners as well as between learners. In order to be powerful, the environment must be inspiring and accelerate curiosity for the learning task. We believe Semantic Web technologies form a basis for realizing a multitude of fascinating e-learning visions. But without the proper meta-data semantics, the visions will not be implementable.

Recent research on Web-based educational systems attempts to meet the fast growing needs and expectations of the education community with regard to e-learning efficiency, flexibility, and adaptation by employing ontologies and Semantic Web standards and paradigms. These advanced technologies aim at providing more intelligent access to and management of Web information and semantically richer modelling of the applications and their users. Within the educational field, this motivates efforts to achieve semantically rich, well-structured, standardized and verified learning content.

Assessment is an important component of teaching and learning processes.E-assessment is becoming widely used because it has many advantages over

traditional (paper-based) assessment.The report discusses the main functions and components of the students’ e-

assessment process. It also describes the advantages of the Computer-Assisted Assessment Mode as a combination between the classical assessment modes and modern e-learning assessment technologies.

173

THE FUNCTIONS OF THE ASSESSMENT

The functions of the assessment summarize (fig.1.) are: Evaluation (feedback) - to measure the results of the learning process; Diagnostic – to detect individual educational problems; Forming – to direct and manage the learning process; Motivation - to stimulate and to motivate; Perfection – to improve the students’ knowledge (usually at the end of the

training); Providing – to collect data and to process statistical evaluation.

Figure 1

The Evaluation function (feedback) - measures the learning process and is one of the most important. The computer has several inherent capabilities which are suitable for difficult problems solving and can help for assisted assessment. The development of the WWW provide wide access to the resources that are available to teacher staff in order to produce and maintain an on-line assessment [7].

The Computer-Based Assessment (CBA) complements classical system resources and provides more complete statistical information. It serves to adjust and change both the educational content, and technology training.

The computer assisted assessment mode (CAA) combines classical assessment modes - teacher assessment (testing “face-to-face”) and a paper-pencil mode with CBA, which achieves maximum realization of the functions of assessment.

The assessment system must be constructed in accordance with the requirements, functions and purposes of assessment tests.

THE ADVANTAGES OF E-ASSESSMENT

E-assessment is becoming widely used. It has many advantages over traditional (paper-based) assessment. The advantages include [1], [6], [8]:

• Richer assessment experience – questions can be made clearer and more de-tailed through the use of text, sound and video which can aid motivation. For exam-

174

The functions of assessment

Evaluation (feedback)

DiagnosticForming

Perfection Providing

Motivation

ple, e-Portfolios allow the use of digital video, animations, presentations etc to be submitted electronically for assessment – impossible in a 'paper world!'

• Increased flexibility – assessment can be provided at a greater range of loca-tions. This means assessment on-demand can become completely achievable. This al-lows learners to formally demonstrate their understanding at a time and place that is convenient for them. For example, e-Tests can be taken (under test conditions) in a range of locations as diverse as the community hall through to a formal e-Testing centre.

• Instant feedback – results are often available within minutes of taking an e-Test, as well as diagnostic information on a learner's performance, highlighting areas that can be improved upon.

• Reduce the administration burden – fewer paper forms to complete, no posting of test papers, no printing and posting candid.

• Greater storage efficiency - tens thousands of answer scripts can be stored on a server compared to the physical space required for paper scripts.

• Enhanced question styles which incorporate interactivity and multimedia.There are also disadvantages. E-assessment systems are expensive to establish

and not suitable for every type of assessment (such as extended response questions). The main expense is not technical; it is the cost of producing high quality assessment items - although this cost is identical when using paper-based assessment.

The best examples follow a Formative Assessment structure and are called "Online Formative Assessment". This involves making an initial formative assessment by sifting out the incorrect answers. The author/teacher will then explain what the student should have done with each question. It will then give the student at least one practice at each slight variation of sifted out questions. This is the formative learning stage. The next stage is to make a Summative Assessment by a new set of questions only covering the topics previously taught.

THE LIFE CYCLE OF VERIFICATION TESTS

The life cycle of verification tests development has three phases – preparatory, Operating, Phase evaluation.

The Preparatory phase includes: Target; Design of questions, answers and practical tasks; Determination of weights odds - determining the severity of the problem and to which part of the material relates; Design Test; Determination of structural variations for different types of tests - linear (conventional), adaptive (in difficulty), interactive (against the wishes of the test); Write instructions for students.

The Operating phase includes: Administration of various types of tests - optional version control; Providing a test - dynamic or static, with the possibility to derive the correct answer, visualization of information relating to the material of the wrong question; Navigation.

175

The Phase evaluation includes: Scoring, evaluation and analysis of results; Assessing the quality of knowledge; Extract the necessary data for statistics (for the management of educational process).

THE CHARACTERISTICS AND COMPONENTS OF COM-PUTER-BASED TESTS OF KNOWLEDGE

The characteristics of Computer-Based tests are: Interactively; Multimedia items; New opportunities to answer:

- Show and hit (point and click), - Download and run ( drag and drop), - Development (performance - based);

Independence of space and time; A one-man-testing: an opportunity to respond immediately retesting; Self-control of students; Need for feedback; On line Resources; Accessibility to information on the Internet - to increase achievement; Security - issues disconnect; Lower price.

It is necessary to develop a system which:1. Permits the rapid production of a variety of question types;2. Is flexible enough for staff (teachers) to author and maintain question banks

and retain some measure of ownership of the material;3. Provides (the course of events) a courseware management system to maintain

a range of assignments and classes with associated marking and grading schemes, accordingly difficulty and syllabus.

The components of such systems include: the computer database; the reasoning engine and; the user interface.

Computer-Based Assessment may be a stand-alone system or a part of a virtual learning environment, possibly accessed via the World Wide Web.

Question banks are the basis in constructing assignments. Using the same question from banks for source material, we can design assignments that range from low stakes self-study sessions to homework sessions to high stakes, proctored tests requiring student login and proctor validation. Each question or task contains the following elements, which are carried out in test selection, evaluation and analysis of results: school discipline code; code modules from the educational content; the

176

content of the question or task; code of difficulty - 1,2,3; code for other criteria for evaluation.

Question styles available. Computer-Based Assessment (CBA) permits a large variety of question types that can either be static or dynamic. These include: Numeric, Formula, Click-on-image, Sketch, Multiple Choice, Choose all that apply, Yes / No, Fill-in-the-Blank questions. All the above are graded automatically, in addition free response type questions, which may be graded using key phrases, are also available [4].

The repository of the results from assessment stores

The repository of the results from assessment stores (Fig. 2) includes e-tests, E-portfolio and Another type of theoretical and practical examinations

Figure 2

Just like traditional testing, e-Test is a method of assessing learners’ ability to meet the required standards. The difference is that e-Tests are extracted from a computer, rather than pen and paper.

In the electronic portfolio (e-Portfolio) [8] the learners could upload and submit except all other information for themselves, also their work – term papers, solved problems and other tasks assigned by teachers. Unlike traditional paper based methods, e-Portfolios provide much richer and varied ways of recording and presenting proofs about their knowledge and skills. Learners can submit a range of file formats including word processed documents, spreadsheets, images, video and sound files. Then the content of an e-Portfolio can be shared with others.

Another kind of examinations that teacher provides could be practical and oral excises, projects, etc.

All that is needed to work with the system for electronic verification and assessment is PC or laptop with Internet access or LAN, where the server of the

177

Teachers

(Lectures)

Students

Repository of the results from assessment

Repository of the results from assessment

E-testE-test

E-portfolioE-portfolio

Results from another theoretical and

practical examinations

Results from another theoretical and

practical examinations

system is located. No specialist software or hardware is necessary because everything you need may be accessed via the network. Everything is access on the network via a user account, i.e. after registration and granted access to the system for electronic verification and assessment.

E-test system

An e-assessment system designed to focus on more sophisticated forms of knowledge requires some sort of interactive activity and a system for inviting students to reason or solve problems around that activity [5].

The structure of the E-test system for e-assessment is presented in Fig.2.The types of questions can be very different: Direct - they offer the respondent to express his own position. Indirect - to the respondent is given an opportunity to express agreement or

disagreement with the position of other people. Questions filters – They are called so because it is possible to select the

respondents according to given indicator. For example - gender, age, profession, etc. True - false statement - suggest two mutually exclusive response options

(type 'yes-no "). Question-menu - requires answers when the respondent can choose a

combination of variants of answers. Questions - rocks – those questions which answer is putting in order

something in preliminary determined scale. The Table issues - suggest as a response to fill table. Open questions - do not contain any version of the response, a respondent

answers his opinion in certain place in the questionnaire. Half-questions – part of the variants of the answers are preliminary

suggested, but the student may write something additional.There are some special rules for formulation of questions and answers, compliance

with which ensures maximum reliability of the answers of the respondents [5].The most important principles of questions are:

Questions and answers must not contain suggestion that one way or another direct to some answers or make them more desirable or more prestigious.

Creating artificial opportunity some of the answer to be given more frequently than others;

When the question is "closed" (i.e. there are pre-defined options), all possible cases, have to be predicted;

Question and all answers must be formulated in an equivalent manner so that various responses to have the same conceptual value;

The answers should form a unified scale and relate to one and a same sign;In education a well constructed survey can be a tool for feedback, which can

significantly enhance quality of education. In this case there must be adequate and

178

rapid response as a result of the aggregated answers of students in order to change their approach and training institutional.

ConclusionOur modern life at the beginning of the 21st century is strongly influenced by

effects such as rapidly changing and developing information, technology-enhanced communication and information access, and new forms of production and services in a globalized world. This situation requires individuals to adapt their skills and competencies. Consequently, educational objectives and societal expectations have changed significantly in recent years. Modern learning settings have to consider learning community aspects as well as learner-centered, knowledge-centered and assessment-centered aspects.

The formative e-assessment is understood as the use of ICT (Information and Communication Technologies) to support the iterative process of gathering and analyzing information about process of learning by teachers as well as by learners for evaluating the results in relation to prior achievement and attainment of intended, as well as unintended learning outcomes.

The system for e-assessment comprises two components: an assessment engine and an item bank. An assessment engine consists of hardware and software required for creation delivery of test. Most e-testing engines run on standard hardware so the key characteristic is the software's functionality [5].

There is a wide range of software packages for e-testing. E-assessment system that provides analysis and statistics include many specific software modules.

REFERENCES1. G. Rodríguez etc., “Developing the e-Learning-oriented e-Assessment”,

Research, Reflections and Innovations in Integrating ICT in Education, pp. 515-519, (2009). 3

2. Nikolova M., “Information systems for e-assessment, storage and analysis of the results of the learning process”, International scientific conference, Unitex’11 (p. III. 311-324), Gabrovo, 2011

3. Nikolova M., Todorova M. „The essence and the structure of the online questionnaires in the education”, International Conference on e-Learning and the Knowledge Society - e-Learning’10, (p.166-170), Riga, 08.2010

4. http://egrade.brownstone.net/dev/classes/quinney/5. http://en.wikipedia.org/wiki/E-assessment6. http://ltsn.mathstore.ac.uk/articles/maths-caa-series/index.shtml (e-Grade: A

Computer Assisted Assessment, Department of Mathematics, Keele University). 12

7. http://www.ocr.org.uk/eassessment/etesting/index.html8. http://www.ocr.org.uk/eassessment/etesting/index.html

179

УДК 519.85 (075.4)

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРЕСА СТУДЕНТОВ ПЕДВУЗА НА

ЗАНЯТИЯХ ПО МАТЕМАТИКЕ

Й. М. Старирадева, аспирант кафедры „Компьютерные системы и технологии”,

В. М. Маринова, доцент кафедры „Математический анализ и применения”

Великотърновский университет им. Кирилла и Мефодия, Болгарииvioletmar@yahoo.com

Работа рассматривает возможности компьютерных технологий как средство развития познаватеьного интереса по математике студентов педвуза – будущих учителей начальных классов.

The work examines the possibility of computer technology as a means of cognitive interest in mathematics teacher training University students - future teachers of primary schools.

К настоящему времени выполнен ряд исследований, раскрывающих возможности и методику эффективного использования компьютерных учебных средств при обучении математике.

Вопросам использования информационных и, в частности, компьютерных технологий в образовании посвящены работы и исследования таких ученых, как Н. Б. Бальцюк, И. В. Дробышева и др.

В указанных работах рассматриваются проблемы совершенствования образования в связи с применением информационных технологий, исследуются условия модификации учебного взаимодействия между участниками образовательного процесса, развития дидактических принципов обучения, осуществляемого в условиях использования информационных технологий.

Применение компьютера как средства обучения невозможно без соответствующего программного обеспечения. Требования к педагогическим программным средствам представлены в работах ряда исследователей на методологическом, дидактическом и психологическом уровнях.

На основе анализа работ указанных авторов можно сделать вывод: внедрение компьютерных технологий в процесс обучения открывает принципиально новые возможности для управления учебно-познавательной деятельностью и ее интенсификации. Компьютер позволяет, с одной стороны, оперативно предоставлять необходимые учебно-методические материалы как

180

обучающему, так и обучаемому, с другой - организовывать различные формы и методы обучения.

На основании сделанного вывода представляется целесообразным изучение возможностей компьютерных технологий для развития познавательного интереса учащихся. В связи с этим нами был проведён анализ психолого-педагогической литературы по проблеме формирования и развития познавательного интереса.

Исследователями отмечается, что интерес имеет сложную психологическую структуру. В качестве теоретической предпосылки рассматривается интерес как специфическая направленность личности на конкретные предметы и явления действительности.

В исследованиях психологов и педагогов изучены этапы, уровни, проявления и возрастная динамика познавательного интереса; доказано, что познавательный интерес формируется в учебно-познавательной деятельности; выделены предпосылки развития познавательного интереса, определены его источники в содержании учебного материала, в организации учебной деятельности и в отношениях между участниками учебной деятельности.

В настоящее время усилия многих ученых, педагогических коллективов и отдельных педагогов направлены на поиски наиболее эффективных методов развития познавательного интереса. Широкое проникновение компьютерных технологий в образовательный процесс ставит проблему о целесообразности рассмотрения последнего в новых условиях.

Считаем, что в педагогике ещё недостаточно обоснованы подходы к развитию познавательного интереса учащихся в условиях применения компьютерных технологий.

Представляется важным исследовать возможности использования компьютерных технологий для развития познавательного интереса студентов педвуза. Основным разделом математики, изучаемом в педвузе, является арифметика, а значительную часть деятельности студентов при её изучении составляет решение текстовых задач. При этом студенты довольно часто испытывают определённые трудности, которые могут повлиять на их отношение к изучаемому предмету. В этом отношении компьютер может оказать существенную помощь при решении задач.

В данной работе предлагается использование компьютерных технологий, при рассматрении арифметических задач с элементами историзма.

Как известно, факты из истории математики способствуют формированию и развитию познавательного интереса, а среди арифметических задач имеется много задач с элементами историзма: необычных по фабуле, методам решения, развивающих жажду познания. Именно это и определило их выбор для реализации компьютерной поддержки.

Отметим, что многие авторы указывают на то, что история науки ещё не заняла подобающего места в практике. Это касается и сегодняшнего дня. В действующих учебниках и учебных пособиях по математике для студентов

181

содержится мало историко-научного материала, и в результате математика воспринимается студентами как «готовое знание», а не как деятельность, направленная на получение новых знаний. [9]

В то же время знакомство с основными историческими вехами возникновения и развития математической науки, судьбами великих открытий, именами людей, творивших науку, должно войти в интеллектуальный багаж каждого культурного человека.

Следует отметить, что в работах, посвященных рассмотрению вопросов использования элементов историзма на занятиях по математике в педвузе, уделяется недостаточно внимания возможностям компьютерных технологий обучения.

В частности, практически нет работ, где была бы разработана методика обучения решению арифметических задач с элементами историзма в условиях применения компьютерных технологий, способствующая развитию познавательного интереса.

В данной работе на базе анализа психолого-педагогической и научно-методической литературы доказывается педагогическая целесообразность использования компьютерных технологий при решении арифметических задач с элементами историзма и изучении исторического материала с целыо развития познавательного интереса студентов педвуза.

Для содержания программно-методического обеспечения подобран материал из разных источников: учебников, занимательной литературы для учащихся, пособий для учителей, справочников, энциклопедий и Интернета. Некоторые из представленных задач имеют многовековую историю. Совершая исторические путешествия и решая арифметические задачи с элементами историзма в условиях применения компьютерных технологий, учащиеся смогут ощутить красоту и величие математики. Быть может, такие экскурсы помогут им осознать всю нелепость широко распространённого, но глубоко ошибочного представления о математике как о чём-то унылом, понять, почему математики, говоря о своей науке, нередко прибегают к эстетическим категориям.

Проблема исследования: поиск возможных путей использования компьютерных технологий в процессе обучения математике студентов педвуза.

Объект исследования: процесс обучения математике в педвузе в условиях применения компьютерных технологий.

Предмет исследования: методика обучения решению арифметических задач с элементами историзма в педвузе в условиях использования компьютерных технологий, ориентированная на развитие познавательного интереса студентов.

Цель исследования заключается в разработке программно-методического обеспечения решения арифметических задач с элементами историзма, способствующего развитию познавательного интереса студентов.

В ходе исследования была выдвинута и сформулирована гипотеза: использование педагогических возможностей компьютерных технологий для

182

обучения решению арифметических задач с элементами историзма в педвузе может способствовать развитию познавательного интереса.

Практическая значимость исследования заключается в том, что: - разработанное программно-методическое обеспечение может быть

использовано преподавателями математики при проведении уроков и внеклассных занятий, при организации исследовательской деятельности учащихся;

- предложенные рекомендации по систематическому включению элементов историзма с компьютерной поддержкой в процесс обучения математике могут быть использованы методистами при составлении задачников, учебников и компьютерных программ по данному предмету, преподавателями педагогических вузов при подготовке будущих учителей к работе, а также при подготовке слушателей институтов повышения квалификации.

ВыводыI. Использование компьютера в качестве средства обучения предполагает

наличие соответствующего программно-методического обеспечения. Поэтому одной из важнейших задач применения КТ в процессе изучения математики является разработка КПУН, реализующих различные педагогические функции, в том числе и развивающих ПИ у студентов. В связи с этим:

1. Рассмотрены общие проблемы создания педагогически целесообразных КПУН, а также частные проблемы - использование компьютерной графики и построение диалога в обучающей программе;

2. Обоснован выбор программы PowerPoint для разработки КПУН и даны рекомендации для создания собственных методических материалов с помощью PowerPoint;

3. Проведён анализ учебников, дополнительной учебно-методической литературы по математике, ресурсов Интернет с точки зрения наличия и использования элементов историзма;

4. Разработано программно-методическое обеспечение решения арифметических задач с элементами историзма, способствующее развитию ПИ студентов педвуза.

5. Решены вопросы организации и проведения педагогического эксперимента по проверке эффективности предложенного обеспечения.

На констатирующем этапе было выявлено, что многие студенты имеют слабые знания по математике, считают этот предмет достаточно трудным, не проявляют к нему интереса; студентам далеко не всегда интересно решать обычные задачи из учебника.

На основе предложенного в исследовании программно-методического обеспечения удалось повысить интерес студентов к данному предмету.

Данный эксперимент показал следующее: - использование разработанного программно-методического обеспечения

решения арифметических задач с элементами историзма приводит к

183

положительным изменениям в уровне развития ПИ студентов, а также в уровне усвоения учебного материала;

- предлагаемое программно-методическое обеспечение доступно студентам и может быть использовано при обучении математике;

- доказана возможность включения дополнительных к учебнику задач с элементами историзма и сообщения научно-исторического материала в период времени, отведённого программой для изучения раздела или темы курса математики.

На основании описанных выше результатов можно утверждать, что предложенное программно-методическое обеспечение решения арифметических задач с элементами историзма эффективно.

В ходе теоретического и экспериментального исследования в соответствии с его целью и задачами получены следующие основные выводы и результаты:

I. Проведён анализ психолого-педагогической и методической литературы, диссертационных исследований, посвящённых проблемам использования компьютерных технологий (КТ) в образовании, формирования и развития познавательного интереса (ПИ) учащихся, а также использования элементов историзма при обучении математике в педвузе.

Данный анализ показал, что, несмотря на значительную работу, проведенную учеными в плане решения важнейших теоретических и практических вопросов, связанных с использованием компьютеров в процессе обучения, проблема применения и воздействия КТ на формирование и развитие ПИ студентов педвуза при обучении математике ещё недостаточно изучена. Кроме того, специально не исследовались вопросы использования элементов историзма с компьютерной поддержкой для повышения ПИ.

В то же время, широкое применение КТ во всех аспектах человеческой деятельности, целесообразность использования компьютера в качестве средства обучения (в том числе и математике) позволили предположить, что он может выступать и средством, обеспечивающим развитие ПИ учащихся при обучении математике.

Использование педагогических возможностей компьютерных технологий для обучения решению арифметических задач с элементами историзма студентов педвуза может способствовать развитию их познавательного интереса.

II. Использование компьютера в качестве средства обучения предполагает наличие соответствующего методического и программного обеспечения. Поэтому одной из важнейших задач применения КТ в процессе изучения математики является разработка компьютерных программ учебного назначения (КПУН), реализующих различные педагогические функции, в том числе и развивающих ПИ у студентов.

Данный эксперимент показал следующее:

184

- использование разработанного программно-методического обеспечения приводит к положительным изменениям в уровне развития ПИ студентов, а также в уровне усвоения учебного материала;

- предлагаемое программно-методическое обеспечение доступно студентам и может быть использовано при обучении математике;

- доказана возможность включения дополнительных к учебнику арифметических задач с элементами историзма и сообщения научно-исторического материала в период времени, отведённого программой для изучения раздела или темы курса математики педвуза;

- наблюдалось расширение кругозора студентов. Рекомендуемая методика обучения решению арифметических задач с элементами историзма в условиях использования КТ оказала благоприятное воздействие на их общее развитие, способствовала развитию творческих, исследовательских способностей.

На основании описанных выше результатов можно утверждать, что предложенное программно-методическое обеспечение решения арифметических задач с элементами историзма эффективно.

Проведённое исследование не исчерпывает проблемы использования КТ с целью формирования и развития ПИ студентов педвуза при изучении математики. Постановка и предпринятая попытка решения намеченной проблемы создают условия для дальнейшего её изучения. Во-первых, начатое в рамках данной исследовании может быть продолжено. Во-вторых, считаем целесообразным более широкое исследование возможностей использования не только компьютерных, но и, в целом, информационных технологий для обучения математике в педвузе. С тематикой подобного рода мы связываем перспективы дальнейших исследований.

Литература: 1. B. Дробышевой.- Калуга: Изд-во КГПУ им. К. Э. Циолковского, 2002.

-320 с. 2. Ю.Бабетов А. А. Информатизация: взгляд изнутри // Образование в

современной школе. 2003. - №4. 3. П.Баврин И. И., Фрибус Е. А. Занимательные задачи по математике.

М.:1. ВЛАДОС, 1999. 4. Баврин И. И., Фрибус Е. А. Старинные задачи. -М.: Просвещение, 1994. 5. Бальцюк Н. Б. К вопросу о методологии компьютерных технологий

обучения в системе школа-педвуз // Проблемы совершенствования математической подготовки в школе и в ВУЗе, Вып.9. М.: Прометей, МПГУ, 2004.

6. Бекоева М. И. Становление доктрины познавательного интереса и её реализация в процессе обучения: (На примере Школьного курса математики). Владикавказ, 2001.

7. Богданов С. А. Формирование познавательного интереса у старшеклассников в дидактической компьютерной среде. Волгоград, 2002.

185

8. Иванова О. В. Развитие познавательного интереса к математике у учащихся химико-биологических классов. -Омск, 2006.

9. Петров Д. И. Математика для начальных учителей: Учебное пособие для студентов. Велико Тырново, Абагар, 1999.

УДК 519.85 (075.4)

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВО КАЧЕСТВЕННОГО УСВОЕНИЯ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ПО МАТЕМАТИКЕ СТУДЕНТОВ

ПЕДВУЗА

Й. М. Старирадева, аспирант кафедры„Компьютерные системы и технологии”,

В. М. Маринова, доцент кафедры„Математический анализ и применения”

Великотърновски университет им. Кирилла и Мефодия, Болгарии,violetmar@yahoo.com

Работа рассматривает возможности компьютерных технологий как средство качественного усвоения учебного материала по математике студентов педвуза – будущих учителей начальных классов.

The work examines the possibility of computer technology as a means of quality learning mathematics teacher training University students - future teachers of elementary school.

Многие университеты оснащены соответствующими компьютерными классами, рынок программных продуктов постепенно насыщается прикладными программными средствами. Разрабатываются теории, методики и технологии компьютерного обучения, интенсивно развиваются исследования по проблеме внедрения компьютерных технологий в предметное обучение.

Анализ направлений развития компьютерных технологий и опыт их применения в образовательных целях позволяет определить основные направления использования их возможностей в следующих областях:

- организация различных видов учебной деятельности по работе с учебной информацией на основе использования технологии мультимедиа, ресурсов телекоммуникационных сетей, технологии «Виртуальная реальность»;

- осуществление имитации и моделирования любых, поддающихся описанию процессов, для создания учебных тренажеров, максимально приближающих деятельность обучающегося к реальности;

- разработка виртуальных миров, которые выступают по отношению к реальному миру как схемы или модели, стимулирующие динамику изучаемых

186

процессов или закономерностей с последующим анализом со стороны обучающегося и выявлением тенденций их развития;

- автоматизация процесса установления уровня знаний, умений и навыков в области осуществления основных видов учебной деятельности, соответствующих возрастной категории учащихся с использованием компьютерных технологий.

Стремительно развивающаяся информатизация образования открывает широкие возможности и перспективы совершенствования процесса обучения математике в педвузе. В настоящее время можно выделить следующие направления исследований по вопросам использования возможностей компьютерных технологий в обучении математике:

- изменение методики изучения основных понятий математического анализа на основе моделирования некоторых непрерывных процессов;

- усиление прикладной направленности обучения и упрощение некоторых логических моментов;

- решение проблем индивидуализации и дифференциации обучения; - методические особенности использования пакета прикладных программ

в обучении математике; - формирование исследовательских навыков у студентов;- психолого-педагогические аспекты использования компьютерных

учебных средств и др. В последнее время в центре внимания исследователей находятся вопросы

по изучению сущности новых информационных технологий обучения, их дидактические, психолого-педагогические возможности применения.

Исследование проблем компьютерной поддержки преподавания математике в последнее время ведется особенно интенсивно [1,2,6]. Основное внимание в этих исследованиях уделяется не только вопросам создания программно-педагогических средств учебного назначения с методикой их применения, но и разработке соответствующих компьютерно-ориентированных методик изучения отдельных тем и разделов курса математики. Анализ этих исследований позволяет сделать вывод о том, что использование компьютерных технологий в математических курсах имеет большие возможности. Многое, что сделано в этой области, заслуживает внимания, преобладает много положительного.

В силу ряда обстоятельств особое значение приобретает компьютерная поддержка учебной деятельности студентов педвузов при изучении математики. Можно выделить основные мотивы использования компьютерных технологий в процессе математической подготовки:

- в последнее время курс математики педвуза все шире пользуется компьютерной поддержкой;

- использование компьютерных технологий в курсе математики существенно может повысить количество и качество усвоения учебного материала.

187

В последние годы усилиями отдельных специалистов и коллективами исследователей предпринимаются попытки использовать в традиционной системе математической подготовки учащихся педвуза компьютерные обучающие программы.

Коллектив исследователей работает над созданием учебно-методических пособий по разделам курса математики, методических указаний к практическим и лабораторным занятиям с использованием программного обеспечения ЭВМ.

Ведутся исследования по созданию и использованию компьютерных математических систем [1,2,4,6]. Ими разработанные компьютерные программы создают предпосылки для компьютерного математического эксперимента.

Анализируя наш опыт и опыт работы учителей школ по использованию компьютерных технологий можно сделать вывод о том, что в области компьютеризации математических дисциплин накоплен определенный опыт, получены результаты, имеющие теоретическое и практическое значение.

В то же время предлагаемые компьютерные технологии не всегда органично вписываются в традиционную методическую систему математической подготовки студентов педвуза. Не все, что делается специалистами в области информатизации курса математики, достигает требуемых результатов. Отчетливо выделяются следующие причины, препятствующие эффективному использованию компьютерных технологий в преподавании курса математики в педвузе.

• Отсутствие в вузе и в личном пользовании студентов необходимого количества компьютерной техники.

• Отсутствие методической системы компьютерной поддержки математической подготовки учащихся.

• Отсутствие компьютерных обучающих программ, отвечающих соответствующим требованиям математической подготовки студентов.

Наш интерес вызвали такие проблемы: возрастающая роль компьютерных технологий в развитии общества и в научных математических исследованиях в частности, их влияние на математическое образование на различных уровнях обучения и отсутствием адекватного отражения этой роли в процессе подготовки студентов педвуза; объективная потребность компьютерной поддержки курса математики педвуза; создание программно-педагогических средств по математике с методикой их применения, учебных пособий, рекомендаций и практикумов по использованию информационных технологий в курсе математики, компьютерно-ориентированных методик изучения отдельных тем и разделов курса математики; отсутствие методической системы подготовки студентов на основе информационных технологий; не использующиеся в полной мере потенциально высокие возможности информатизации как средства повышения эффективности обучения математике.

Эти проблемы определяют актуальность исследования, которая заключается в необходимости формировать у студентов общие умения и навыки

188

учебной деятельности, таким образом, сделать учащихся в учебном процессе активными участниками, заинтересованными в полноценных образовательных результатах.

Опыт работы со студентами показывает, что использование традиционных методов и средств обучения явно не достаточно для изучения математики. Многие учащиеся полагаются на копирование с доски написанного преподавателем, механическое запоминание, что ведет к перегрузке, стрессовым состояниям, чувству собственной неполноценности. Такого положения, когда студенты оказываются как бы пленниками неадекватных способов учебно-познавательной деятельности, можно было бы избежать благодаря соответствующей целенаправленной работе. Чем сложнее и насыщеннее становится учебная деятельность, тем выше требования к ее эффективности.

В последние годы внедрение компьютерных технологий в сферу образования повлияло как на деятельность студента, так и на деятельность преподавателя, что неизбежно привело к поиску совершенствования процесса изучения математики. Компьютер становится важнейшим средством стимулирования учебных достижений учащихся. Обращаясь к основным целям и направлениям использования компьютерных технологий, возникает необходимость исследовать деятельность учащихся при использовании компьютера на уроках математики. И исходя из этого, организовать работу студентов и преподавателя так, чтобы вооружить учащихся эффективными приемами учебной деятельности, сформировагь положительное отношение к ней, выработать ответственное отношение к предмету.

Еще не получило достаточное распространение использование компьютерных технологий в вузах при изучении естественнонаучных дисциплин и математики, и многие надежды, с введением компьютера в учебный процесс пока не оправдываются.

Уровень подготовки студентов, вступающих в активную жизнь, недостаточно соответствует требованиям стремительно развивающейся науки, техники, экономики. Традиционное преподавание в вузе подвергается справедливой критике за формализм, ориентацию на простое запоминание учебного материала и формирование однотипных умений и навыков, за отсутствие гибкости, недостаточное внимание к развитию у учащихся интеллектуальных способностей, снижению качества обучения. В связи с этим в настоящее время в системе информатизации образования обозначился ряд противоречий, требующих своего разрешения:

- между социально-педагогическими требованиями повышения информационной культуры и низким уровнем ее формирования в вузе, и особенно в предметном обучении;

- между необходимостью широкой информатизации общества, которую призвана реализовать, прежде всего, общеобразовательная школа и ВУЗ и ее слабой материально-технической базой;

189

- между необходимостью широкого использования компьютера как инструмента развивающего обучения математике и недостаточной разработанностью методологии и технологии создания и применения современных обучающих программно-педагогических средств по математике;

- между обязательным изучением в школе предмета «Информатика и ИКТ» и весьма ограниченным и необязательным использованием знаний компьютера в процессе изучения отдельных учебных предметов, в том числе математики для решения прикладных образовательных задач;

- между наличием достаточно большого количества программных продуктов по математике на международном рынке и невозможностью или неэффективностью их использования в нашей системе обучения математике, построенной на иных идеях и концепциях, в рамках лидирующей предметной системе обучения.

Вместе с тем, проведенный анализ широкого спектра научно- практических и теоретико-методологических источников показывает, что данная проблема исследована не в полной мере в контексте поиска путей использования компьютерных технологий для качественного усвоения учебного материала по математике.

Проблема исследования состоит в определении значимости компьютерных технологий в обучении математике студентов педвуза и определении путей использования их для качественного усвоения учебного материала по математике.

Целью исследования является разработка приемов использования компьютерных технологий при изучении математики студентами педвуза на различных темахах и отдельных этапах темы на основе дидактических принципов обучения математике.

Целями проведения эксперимента является анализ причин низкого уровня усвоения знаний студентов и поиск возможностей компьютерных ей совершенствования процесса изучения курса математики студентами с использованием компьютерных технологий. В результате был сделан вывод целесообразности компьютерной поддержки лекций и семинаров математики в педвузе. Одновременно началась работа по созданию соответствующего программного обеспечения.

1. В основе разработанной методики организации учебного материала с использованием компьютерных технологий лежит разбиение учебного материала на блоки: теоретический, практический, контроля и корректировки знаний. Это способствует осуществлению поиска и выявления такой совокупности обучающих лекций и семинаров, особенность строения которых позволяет ориентироваться в многообразии конструирования их элементов с использованием компьютера и помогает в их творческой разработке.

2. Созданные компьютерные обучающие программы позволяют: изучать новый материал; закреплять изученное, выполняя теоретические и практические упражнения; повторять; выполнять самостоятельные работы.

190

3. Предложенные методические приёмы применения компьютерных технологий обладают универсальностью, переносимы на содержание алгебры и начал анализа.

4. Педагогический эксперимент доказал эффективность применения разработанной методики использования компьютерных технологий при изучении курса математики в педвузе. Его результаты подтверждают, что использование компьютерных технологий при обучении математике студентов обеспечивает повышение эффективности образовательного процесса, способствуют качественному и осознанному усвоению учебного материала.

Заключение1. Изучая и анализируя исследования, проводимые в области

информатизации образования, определены основные цели использования компьютерных технологий в процессе обучения математике. Выявленные цели позволили определить основные направления использования средств компьютерных технологий в процессе изучения математики.

2. На основе анализа использования возможностей компьютерных технологий и дидактического принципа наглядности сделан вывод об их тесной связи, что открывает новые возможности совершенствования процесса обучения математики и позволяет максимально вызвать интерес к изучению предмета.

3. Разработана методика подбора учебного материала для проведения лекций и семинаров по математике с использованием компьютерных технологий в педвузе. Ее основные положения связаны с предварительной проработкой учебного материала и подбором компьютерных обучающих программ, используемых на лекциях и семинарах и на их отдельных этапах, регулярного включения элементов контроля в процессе усвоения учебного материала и системой дифференцированной помощи. В этой же связи выявлены противопоказания по использованию компьютерных средств при изучении математики в педвузе.

4. Разработаны методические приёмы использования компьютерных технологий при изучении курса математики в педвузе, в которых находят отражение специфики всех их основополагающих компонентов: целей; содержания; методов и средств; форм организации обучения математики студентов педвуза.

5. Действенность разработанной методики использования компьютерных технологий при изучении курса математики в педвузе была доказана в ходе несколколетней экспериментальной работы. Получила подтверждение при этом гипотеза исследования о том, что разработанная методика обучения математики студентов педвуза с применением компьютерных технологий обеспечивает повышение эффективности образовательного процесса и качества усвоения учебного материала. Полученные в ходе данного исследования наши результаты подтверждают, что использование компьютерных технологий при обучении

191

математике студентов способствуют качественному и осознанному усвоению учебного материала.

Литература:1. Бабаева Ю.Д., Войскунский А.Е. Психологические последствия

информатизации // Психологический журнал. 1998. - №4. 2. Бахтина Е.Ю. Творческие конструктивные среды для обучения и

разработки // Новые информационные технологии в образовании Байкал: Международная научно — практическая конференция. — Улан-Удэ. -2008.

3. Вакилов Ш.М., Мамедяров Д.М. Некоторые свойства соединений фигурных чисел и их применение при решении задач // Материалы для внеклассной работы по математике в общеобразовательной школе. Дербент, 2006.

4. Ворохобина Я.В. Влияние информационных технологий на повышение качества обучения старшеклассников математике: Автореф. канд. пед. наук. Карачаевск. - 2006.

5. Гусев В.А. Как помочь ученику полюбить математику? 4.1. М.: Авангард, 1994.

6. Игошин В.И. Профессионально-ориентированная методическая система обучения основам математической логики и теории алгоритмов учителей математики в педагогических вузах: Автореф. дис. д-ра пед. Наук. М, 2002.

7. Петров Д.И. Математика для начальных учителей: Учебное пособие для студентов. Велико Тырново, Абагар, 1999.

УДК 004.9

ПРОГРАММА GUITAR PRO: ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНОСТИ.

А.П. Комарь, студент электротехнического факультета,И.В. Дынник, старший преподаватель кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет I_Dynnik@mail.ru

В работе рассматриваются возможности и особенности работы с нотным редактором GuitarPro, предназначенным для создания, редактирования и прослушивания гитарных табулатур и нотных партитур. На примерах показано использование таких полезных функций программы, как метроном, гитарный тюнер, виртуальный гриф. Программа получила широкое распространение благодаря наличию в интернете библиотеки практически всей гитарной музыки от классики до фьюжна.

Capabilities and features of work in Music Editor GuitarPro, which is intended for

192

creating, editing, and listening to guitar tablature and sheet music, are considered in this paper. Examples show the use of such useful functions of this program as a metronome, guitar tuner, a virtual fingerboard. This program is widely used due to the fact that the Internet has a huge library of nearly all guitar music from classical up to fusion.

In dieser Arbeit werden die Besonderheiten und Eigenschaften von dem Noteneditor GuitarPro betrachtet, der für die Erschaffung, Redigieren und Abhören von den Gitarren-Tabulaturen und Noten bestimmt ist, der angewandte Beispiel zeigt solche nützliche Funktionen als das Metronom, das Stimmgerät und virtuelles Griffbrett. Dieses Programm ist weit verbreitet, weil eine riesige Bibliothek von fast allen Gitarrenmusik von Klassik bis Fusion im Internet existiert.

Guitar Pro многофункциональный, удобный и лёгкий в использовании

табулатурный MIDI-редактор, предназначенный для написания и редактирования музыкальных произведений. Работа в программе заключается в написании мелодии, затем эту мелодию Guitar pro сможет проиграть на различных музыкальных инструментах: гитаре, электрогитаре, басе .... Широкое распространение программа получила благодаря распространению в интернете библиотеки практически всей гитарной музыки от классики до самого навороченного фьюжна. Набор нот может осуществляться как с миди-клавиатуры (или гитарного синтезатора), с обычной клавиатуры компьютера, а также мышью, указывая ноты на грифе гитары. Набор осуществляется быстро и легко. Поддерживается большое количество музыкальных инструментов с количеством струн от 4 до 7, программно можно изменять строй и дорожки ударных инструментов, есть чёткое воспроизведение многих звуковых эффектов электрогитары, возможность увидеть партитуру в нотной записи, а также детально на графическом изображении грифа гитары и клавиатуры фортепиано. Великолепный инструментарий, только ради которого стоит ознакомиться с программой: генератор аккордов и библиотека гамм (есть превосходные учебные пособия), транспонировщик, метроном, тренер скорости и цифровой гитарный тюнер, возможность экспорта/импорта в MIDI и ASCII форматы. И, наконец, есть сотни тысяч GP-подборок любимых композиций.

Формат файла Guitar Pro аналогичен формату SMF MIDI-1 с некоторыми упрощениями. С помощью определенных команд, похожих на сообщения MIDI, записываются ноты различных длительностей, динамики, эффектов для нескольких дорожек и инструментов. Для наложения сложных эффектов каждая дорожка использует по два потока MIDI-0 (кроме дорожки ударных, для которой всегда резервируется 10-й канал). Соответственно, композиции формата Guitar Pro получаются небольшими - от нескольких до максимум 150 килобайт, и очень хорошо сжимаются архиваторами (наиболее употребимые символы в файлах имеют ASCII-коды 00h и 01h). Форматы файлов Guitar Pro

193

разных поколений не совместимы между собой, и различаются расширениями: версии 1.x и 2.x - ".gtp", версия 3.x - ".gp3" и, наконец, версия 4.x - ".gp4".

Для того, чтобы настроить электрогитару, либо акустику с магнитным звукоснимателем (на крайний случай - с пьезо-датчиком), нужно воспользоваться встроенным тюнером - меню "Помощники" -> "Гитарный тюнер (Digital Guitar Tuner)". Нужно подключить гитару к линейному входу (средний вход на аудиокарте), выбрать это устройство для записи (меню "Опции" -> Регулятор громкости Windows -> "Свойства" -> "Запись", OK -> флажок должен быть установлен напротив Line In). После этого нужно запустить тюнер, выбрать настраиваемую струну, дергать её и следить за отклонениями стрелки. Если стрелка в правом положении – нужно ослабить, в левом – натягивать( стрелка должна установиться в центральное положение). Можно настроить гитару также и по слуху. Для этого следует создать новую пустую композицию, выбрать соответствующий инструмент для дорожки щелчком по названию инструмента[1].

Табулаторы пишутся просто, причем разными способами. Можно работать в двух режимах ввода -табулатура либо нотный стан. В режиме табулатуры ноты вводятся клавишами цифр (от 0 до 30), определяющими лад. Почти все операции с нотами осуществляются клавишами. Можно вводить ноты и с помощью манипулятора.

Guitar Pro позволяет использовать самые разнообразные орнаментику, артикуляцию (гитарные техники и эффекты). Все те эффекты, которых можно достигнуть с помощью MIDI, доступны и в Guitar Pro (через меню "Нота" и "Эффекты", а также на инструментальных панелях), остальные можно обозначать табулатурными и нотными стандартами. Можно задавать длительность, динамику форшлага, а также способ перехода к основной ноте, возможна имитация тремоло-механизма электрогитары, допустимы отклонения от полутона до шести тонов во обе стороны. Допустимы отклонения от четверти тона до трех тонов.

Guitar Pro дает возможность пользоваться Библиотекой Гамм. Для этого нужно выбрать один из двенадцати основных тонов, и гамму из общего списка. Также Guitar Pro предлагает определить, в каком ладу играется композиция - для этого нужно выбрать несколько тактов произведения (одной мелодической фразы достаточно) и нажать кнопку поиска. Получившийся список гамм отсортирован по возрастанию количества внеладовых нот.

Довольно трудно описать работу с Генератором Аккордов, учитывая огромное количество способов построения аккордов. Для начала нужно выбрать приму аккорда - одну из двенадцати в крайнем правом списке. В следующем списке можно выбрать различные варианты трезвучий (мажор - M, минор - m, увеличенное - aug), трезвучий с задержанными звуками и септ-аккордов, а также квинт-аккорд. Сама квинта альтерируется в соответствующем списке (/5-, /5+) - так можно выбрать уменьшенное трезвучие. Следующий список отвечает за более сложные нонн-аккорды (9), ундецим-аккорды (11) и

194

терцдецим-аккорды (13). Флажок "add" означает просто добавление сложной ступени (например, в add11 аккорде нет седьмой и девятой ступени).

Рисунок 1

Рисунок 2

195

Рисунок 3

Рисунок 4

После составления аккорда, в нижнем окне отображаются способы постановки его на грифе - простые по сложности, средние или все, в зависимости от выбора. В списке "Взяты" отражены аккорды, диаграммы которых присутствуют в табулатуре. В списке "Сверху" отражены аккорды, диаграммы которых будут указаны в самом начале при печати табулатуры. Окно "Библиотека" позволяет вести свой список аккордов[3].

"Обзор файлов" - очень удобная функция, доступная через меню "Файл" -> "Обзор...". В левом окне отображается список дисков и папок, в правом - список найденных файлов.

196

Экранный интерфейс в Guitar Pro - чистый нотный стан, на котором можно вводить ноты. Пользовательский интерфейс пакета создан так, чтобы работа в пакете не отличалась от работы в любом другом приложении.

Guitar Pro дает максимальное визуальное понятие игры гитариста. Гитарист может видеть стандартные ноты и таблатуру, указывающую на каких ладах необходимо брать те или иные ноты.

Еще одним достоинством Guitar Pro, является возможность выбора инструмента. По умолчанию устанавливается Акустическая гитара со стальными струнами. Для изменения необходимо выбрать инструмент из списка (рис. 5).

Здесь можно выбрать интересующий инструмент, и выбрать настройки.Guitar Pro позволяет прописать мелодию для нескольких инструментов.

Композитор может оценить, как будет звучать песня в исполнении всех инструментов одновременно.

Рисунок 5

На рис. 6 представлено музыкальное произведение для 6-ти инструментов, для удобства все дорожки окрашены в разные цвета, что позволяет отслеживать, в каком такте какой инструмент играет, а какой «ожидает».

Литература:1. GuitarPro5. URL: http://www.gtp-tabs.ru/ (дата обращения:

29.07.2012).2. GuitarPro-Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Guitar_Pro

(дата обращения: 20.06.2012).3. F.A.Q.по GuitarPro4. URL: http://russrock.ru/gpfaq.html (дата

обращения: 21.07.2012).

197

Рисунок 6

УДК 336.774.3

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕНОВОЙ ДИНАМИКИ МЕЛКИХ АКЦИЙ

А.О. Звоникова , студентка факультета экономики, Е.Н. Едемская, ст. преподаватель каф. ВМиП

Донецкий национальный технический университетnastja-zvonirova@rambler.ru

В статье исследуется ценовая динамика мелких акций. Для моделирования используется дискретное логистическое отображение. Показаны динамические ряды стоимости акций и бифуркационное дерево отображения, построеные с помощью разработанной в статье программы. Результаты работы могут быть использованы на рынке акций.

This article examines price dynamics of small stocks. Is used discrete logistic map for modeling. Are shown dynamic series of cost of shares and the bifurcation tree map constructed using the software developed in the article. The results can be used in the stock market.

Рыночная экономика является эволюционирующей структурой. Она находится в состоянии далеком от равновесия и представляет собой сложную нелинейную динамическую систему, которая обладает следующими характеристиками [1]:

198

1. Долговременные корреляции и тренды (эффекты обратной связи).2. Изменчивость, с критическими уровнями рынков – при определенных

условиях и в определенное время.3. Временные ряды прибылей при уменьшаемых временных промежутках

будут выглядеть одинаково и иметь подобные статистические характеристики (фрактальная структура).

4. Уменьшение надежности предсказаний по мере увеличения шага (чувствительная зависимость от начальных условий).

Экономика – сложная система, где много кажущихся независимыми агентов действуют связанно. Частью теории сложности является теория хаоса [2].

Ее можно применить для исследования рыночной экономики. Целью статьи является разработка модели ценовой динамики мелких акций на основе дискретного логистического отображения. Задача работы - разработка программ построения динамических рядов стоимости акций и бифуркационного дерева отображения.

Обозначим: Xn – стоимость мелкой (Xn<1) акции в момент n. В момент n+1 ее стоимость равна Xn+1 = k·Xn. Пусть коэффициент k линейно зависит от стоимости акции по формуле k = λ(1-Xn). В таком случае динамика стоимости акции описывается уравнением (1):

Xn+1 = λ (1-Xn)·Xn = λ Xn · (1-Xn) (1)

Первое слагаемое в формуле (1) соответствует поведению покупателей. Они поднимают цену акции: Xn+1 = λ·Xn. Второе слагаемое формулы (1) соответствует поведению продавцов. Продавцы снижают цену акции: Xn+1 = -λ·Xn

2.Разработанная программа строит графики динамических рядов, с помощью

которых можно проанализировать динамику стоимости акций. Например, в случае λ=2 после начального всплеска система устанавливается на одной устойчивой величине (рис. 1). Увеличение λ до 2,4 снова демонстрирует сходимость ряда, но при более высоком уровне.

Увеличение λ не изменяет динамики до тех пор, пока не достигается значение λ=3. Cистема перестает устанавливаться на одной величине, а начинает осциллировать между двумя величинами (рис. 2).

Это расщепление, переход от одного к двум потенциальным решениям называется бифуркацией.

Если продолжить увеличение λ, то приблизительно около 3,5 система вновь теряет устойчивость и появляется четыре возможных решения, как это показано на рис. 3. При дальнейшем увеличении λ система будет вновь и вновь терять устойчивость. Критические величины λ возникают все чаще и чаще и располагаются все ближе друг к другу. При λ=3,54 получается восемь решений,

199

при λ=3,56 – шестнадцать, при λ=3,568 – тридцать два, при λ=3,57 – шестьдесят четыре решения. Это увеличение продолжается до λ=3,59.

При λ=3,6 система полностью теряет устойчивость. Число решений становится бесконечным. При взгляде на временной ряд на рисунке 4 виден хаос.

l =2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 50 100 150 200 250

Количество итераций

Xn

Рисунок 1

l =3

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 50 100 150 200 250

Количество итераций

Xn

Рисунок 2

200

l =3,5

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 50 100 150 200 250

Количество итераций

Xn

Рисунок 3

Таким образом предлагаемая модель демонстрирует сложное поведение (детерминированный хаос). Она является фрактальной.

l =3,6

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 50 100 150 200 250

Количество итераций

Xn

Рисунок 4

201

На рисунках 5 и 6 представлена бифуркационная диаграмма модели, построенная с помощью разработанной программы. На график нанесены возможные величины х, соответствующие различным значениям λ.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2l

Xn

Рисунок 5

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1l

Xn

Рисунок 6

202

Несмотря на хаотичность системы, имеет место определенная упорядоченность в ее возможных решениях. На нижних уровнях λ существуют единичные равновесные решения. Видны также точки бифуркаций и область хаоса между значениями λ, равными 3,5 и 4. Но и в хаотической области наблюдается определенный порядок.

На рисунке 7 показана бифуркационная диаграмма в диапазоне λ от 3,5 до 4 на графике с более высоким разрешением. На этом уровне детализации можно видеть, что хаотическая область не сплошь покрыта точками.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1l

Xn

Рисунок 7

На графике существуют области, где точки сгущаются, в то же время их прорезают белые полосы, где порядок склонен вернуться в систему, и он действительно снова утверждает себя (λ<3,6).

Эти полосы иллюстрируют фрактальную природу системы. На рисунке 8 показана такая полоса в диапазоне λ от 3,8 до 3,9. Если их увеличить, то в них обнаружатся еще меньшие участки, подобные целому, и так до бесконечности. Такого рода самоподобие и образует фрактал.

Бифуркационная диаграмма представляет множество возможных решений уравнения. Все точки в хаотической области статистически не равновероятны. Темные полосы и устойчивые в широком диапазоне решения указывают на изменчивость вероятностей при возрастании λ. При каждом λ в хаотической

203

области имеется бесконечное количество решений, заключенных в конечном пространстве, как в игре хаоса.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

3,8 3,82 3,84 3,86 3,88 3,9 3,92l

Xn

Рисунок 8

В работе построена модель ценовой динамики мелких акций на основе дискретного логистического отображения. Показаны динамические ряды стоимости акций и бифуркационное дерево отображения, построеные с помощью разработанной программы. Результаты работы могут быть использованы на рынке акций.

Литература1. Пэтерс Э. Хаос и порядок на рынке капитала. М.: Мир, 2000. – 333 с.2. Чуличков А.И. Математические модели нелинейной динамики. М.:

Физматлит, 2003. – 296 с.

204

УДК 004.7

ВЗЛОМ WI-FI СЕТЕЙ

В.С. Борисенко, студент физико-металлургического факультетаЛ.А. Лазебная, ст. преп. кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаboriy@list.ru

В статье предлагается описание использования программ wi-fi air crack и Comm wifi wiev, которые предназначены для скачивания протоколов, характеристик сетей, поиска wi-fi сетей.

The article offers a description of the programs wi-fi air crack and Comm wifi wiev, which are designed to download protocols, network performance, find wi-fi networks.

В нынешних технологиях давно появился сленг wi-fi или беспроводные сети, который получил большое применение в повседневной жизни. Их плюс в том, что компьютер или другое устройство может создавать сеть без проводов, а также распространять открытую точку доступа к интернету. Даже появились специальные часы, которые способны найти точку доступа в радиусе 100 метров (на открытом пространстве). Кроме способности находить wi-fi, часы могут выполнять также и все остальные функции электронных часов - будильник, хронограф, календарь и др.

Что же представляют собой wi-fi сети (беспроводные сети)? IEEE 802.11 – это набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Пользователям более известен по названию wi-fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией wi-fi Alliance, который получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: коммуникаторах и ноутбуках.

Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей — IEEE 802.11a — определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц.

Следует заметить, что нынешние технологии wi-fi сетей ненадёжны. Существуют способы их взлома.

Один из распространённых способов взлома сетей это подбор ключа (Pre-Shared key). В основном это подбор символов с помощью библиотек ключей. На

205

это могут уйти годы, поэтому придумали пакет, с помощью которого можно взламывать wi-fi сети за ограниченное количество времени.

Существует множество программ для взлома беспроводных сетей, но их непосредственное предназначение несколько отличается от использования. Главное при взломе сети иметь устойчивую ОС, например Win7 pro Win Xp, Linux, Ubuntu.

Суть взлома беспроводной сети состоит в том, что взламывается не ключ, а алгоритм его кодировки psk. Для этого можно использовать софт, предназначенный для работы с беспроводными сетями, например: Air crack, Comm view for wi-fi, InSSIDer, Connectify, WeFi. Затем выделить нужное количество пакетов данных (рис.1).

Рисунок 1.

Это занимает некоторое время в зависимости от сигнала и скорости передачи пакетов. Взлом сети типа WEP занимаюет не много времени, так как количество протоколов ограничивается 20 000 штук. При этом количество WPA/WPA2 ограничивается 40 000 штук. Так как ключ является главной задачей, он имеет битовое ограничение и от этого зависит алгоритм кодировки.

После взлома сети последовательность пакетов копируют в программу типа AirCrack (рис. 2), которая и вычисляет алгоритм кодировки сети заданным роутером.

На финише выполнения программы получается готовый ключ (рис. 3), который необходимо скопировать в диалоговое окно той сети, которую взломали, после чего можно пользоваться Wi-Fi сетью.

206

Таким образом, можно проверять и степень защиты сетей WI-FI от взлома или наличия системных сбоев кодировки ключа и системных сбоев непосредственно на любых маршрутизаторах и с любыми протоколами.

Рисунок 2

Рисунок 3

Литература1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / Учебник для вузов. - М.: 2009. - 187с.2. Росс Дж. Wi-Fi. Беспроводная сеть. М.: - 2007. - 285с.

207

УДК 004.7

СОЦИАЛЬНЫЕ СЕТИ. ПРОБЛЕМЫ ОБЩЕНИЯ.

С.О. Серёгин, студент физико-металлургического факультетаЛ.А. Лазебная, ст. преп. кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаkamazzzleek@ukr.net

В статье рассмотрены проблемы общения в социальных сетях, предпринята попытка анализа нестандартного поведения пользователей.

The problems of communication in social networks, attempts to analyze non-standard user behavior.

На данном этапе развития сети Интернет появляется всё больше и больше социальных сетей, например: Vkontakte, Facebook, Twitter и другие.

Но в настоящее время самой популярной европейской социальной сетью является Vkontakte, которая получила наибольшую популярность среди русскоязычных стран: России, Украины, Белоруссии, Казахстана.

Пользователям этой сети доступен характерный для многих сетей набор возможностей: создавать профиль с информацией о себе, производить и распространять информацию, гибко управлять настройками доступа, взаимодействовать с другими пользователями приватно и публично, отслеживать через ленту новостей активность друзей и сообществ.

Кроме возможности писать новые сообщения пользователь может оставлять комментарии. К своим сообщениям можно «прикреплять» фотографии, аудио-треки и видеозаписи, граффити и опросы.

Возможность закачивать на сайт собственные записи и использовать файлы, загруженные другими пользователями, делает сеть Vkontakte одним из крупнейших архивов Рунета. Из всех имеющихся на сайте файлов пользователь может создавать в своем профиле личную коллекцию записей, при желании группируя их в отдельные альбомы. Так же Vkontakte имеет множество других полезных функций.

208

Основные цели и плюсы сайта Vkontakte:- поиск одноклассников, однокурсников и других людей, с которыми вы

когда-либо встречались;- постоянная поддержка общение с теми, кто вам дорог или людьми из

других стран;- поиск новой необходимой информации, просмотр фильмов,

прослушивание музыки и т.д.Большое количество людей, которые ищут общения на этом сайте, более

110 млн. человек по всему миру и около 35 млн. каждый день, что, кстати, превышает статистику посещаемости его главного конкурента в России – «Одноклассниках».

Но, примерно полтора года назад в интернете, а в частности и социальных сетях, появились нарушители спокойного общения, люди, которые забивают сеть ненужной информацией. Сейчас их можно называть «троллями». Понятие «троллинг» появилось в начале 90-х годов XX столетия в одной из групп сети Usenet. Применение этого термина в те времена немного отличалось от современного. Тогда под этим словом подразумевали обычную безобидную шутку, которая была понятна всем. Но поскольку нам знаком современный менталитет и великолепное умение «ухудшить себе жизнь», то этот, на первый взгляд, безобидный термин превратился в целый культ, секту, идолопоклонничество. Доходило даже до «перехода на личности» и «предложений встретиться в реале и выяснить отношения». Не ведая наказания, «тролли» показывают своё второе «Я» именно в интернете и получают от этого удовольствие.

Каждый день более двух миллиардов комментариев с негативными отзывами оставляются в социальных сетях и на сайтах массового пользования, например, таких как Vkontakte и Facebook.

Немного из истории. Впервые лицо тролля появилось в сентябре 2008 года на Девиантарте в комиксе, созданном в программе Paint, от участника Whynne, показывающем попытку выдать необоснованное мнение за троллинг. Мгновенно появившись на имиджбордах, лицо с данного комикса постепенно начало набирать популярность и, в конце концов, достигло статуса мема.

Рисунок 1

Как нетрудно догадаться, лицо символизирует эмоции успешного тролля, а так же злорадство и лицемерие. Оно также часто изображается в качестве маски на лицах известных людей и персонажей. Лицо, которое по праву можно считать родоначальником «троллей», изображено на рис.1.

Сейчас в интернете существует более сотни видов таких картинок которые изображают различные эмоции человека. Называются они «Rage-комиксы», т.к. используются в комиксах.

209

Рисунок 2. Реинкарнация Боба Марли

Очень многие задают вопрос: «Какова мотивация и перспектива унижения людей в социальных сетях и не только?» Некоторые тролли делают это из-за жизненных проблем, другие потому, что считают себя не способными добиться успеха в жизни и самоутверждаются в сети. И, конечно же люди, которые никогда не несли наказания за такую деятельность, становятся особо наглыми и делают это исключительно из-за удовольствия «обитателей форума, сайта» и конечно своего собственного.

Рисунок 3. Жизнь Марио по ту сторону экрана

210

Борьба с троллингом очень проста – провокатор жаждет внимания и если он его получает, то становится увереннее в дискуссии и нередко выигрывает в спорах. Поэтому нужно не реагировать на любые сообщения данного субъекта.Вместе с троллингом активно начали распространяться «мемы» или как их ещё называют «фейсы», а так же очень «популярные фразы», которые просто перекочевали в нашу повседневную жизнь из сайта youtube.com. Благодаря мемам появились такие сайты, как fffuuu.ru, где выложены «жизненные комиксы». Авторы этих творений используют эмоции различных лиц, чтобы в картинках поделиться жизненными ситуациями из собственного опыта с другими пользователями. Мы попробовали себя в этом виде творчества, и что из этого получилось, можно увидеть на рис. 2,3.

Не только тролли оказывают давление на современный интернет. 5 ноября 2008 года на форуме cod4.com.ua появилось замечание об ошибке на сайте Национального банка Украины. На главной странице вместо курса валют появилось изображение с танцующим человечком и надписью «ЖЫВТОНЕ ЧОЧО УПЯЧКА! УПЯЧКА УПЯЧКА! ШЯЧЛО ПОПЯЧТСА ПОПЯЧТСА!» (рис. 4). По словам директора департамента информатизации НБУ Анатолия Савченко, в банке расценили инцидент как шалость или шутку, поэтому о произошедшем даже не сообщили в СБУ. Вредоносный скрипт, который позволил вставить изображение, был удален.

Рисунок 4

Упячка – интернет-сайт и культура, появившаяся в 2007 году и активно распространявшаяся в течение 2008-2009 годах (ссылка на сайт - http://upyachka.ru). Целью было избавление интернета от мусора (как считали сами «воены»), так называемого «уг на глагне».Однако культурой она назвалась не только из-за атак различных сайтов, групп и других ресурсов, а из-за собственных атрибутов, присущих только им. Упячка имеет свой гимн, сотни видео на youtube.com, множество групп и тем на различных форумах. Ещё одним не менее важным атрибутом Упячки является сленг: «ололо», «жърчик»,

211

«пяни», «воен», «уг», «глагне», «Леониде», «котэ» - это лишь малая часть слов из списка, употребляемых «военами упчк!111».

Одним из символов Упячки является Онотоле (Анатолий Васерман), являющийся основным мозговым центром, примером для подражания «военов», так как символизирует человека, который никогда не ошибается и знает абсолютно всё. Так же имеется и другая символика: GIFки с котом, который жует попкорн, но переделаны для различных ситуаций; Царь Спарты Леонид, известный по фильму «300 спартанцев» (рис. 5).

Рисунок 5. Леонид царь Спарты – часто используемый персонаж на сайте упячки

В своё время эта интернет-культура собрала под собой десятки тысяч человек, которые распространяли упячку везде – от женских форумов до серьёзных сайтов. Захватывали многотысячные группы в социальных сетях, взламывали страницы знаменитостей, «крашили» сайты, подписывая их «Пост захвачен ололо!!!1111». Но в данный момент об упячке почти ничего не известно, культура стихла, на главном сайте осталось совсем мало посетителей, но свой след в интернет-культуре упячка оставила не малый.

Литература1. Войскунский А.Е. Метафоры Интернета. - Вопросы философии № 11,

2001. - 64-79.2. Актуальные проблемы психологии зависимости от Интернета / А.Е.

Войскунский // Психологический журнал № 1, 2004. - с. 90-100.3. Войскунский А.Е. Психологические исследования деятельности человека

в Интернете // Информационное общество № 1, 2005. - с. 36-41.

212

УДК 620.9+004.942

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДЫ MATLAB И SIMULINK ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

П. А. Кузнецов, студент немецкого технического факультетаС. В. Масло, ассистент кафедры ВМиП

А. С. Сергиенко, ассистент немецкого технического факультетаДонецкий национальный технический университет, Украина

kuznetsovpavel@inbox.ru

Simulink – это коммерческая программа, разработанная компанией MathWorks. Широко применяется для моделирования и анализа многодоменных динамических систем. От программ своего типа отличается наличием мощного ядра, справляющегося с крупными символьными вычислениями. Simulink тесно интегрирован со второй частью среды – Matlab. Simulink широко используется в теории управления и цифровой обработки сигналов и модельно-ориентированного проектирования.

Simulink - it is a commercial program developed by MathWorks. It is widely used for modeling and analyzing multidomain dynamic systems. From the programs of its type characterized by the presence of a powerful core, coping with major symbolic computation. Simulink is tightly integrated with the second part of the environment - Matlab. Simulink is widely used in control theory and digital signal processing and model-oriented design.

В настоящее время практически все вычислительные процессы и создание моделей производятся с помощью компьютеров. Разработано множество программ, которые позволяют моделировать различные процессы и явления. В электротехнической среде широко известны Mathcad, Matlab и Simulink, Simployer. В данной работе рассматривается использование сред Matlab и Simulink для создания моделей схем и построения графиков процессов, проходящих в них.

Решается следующая задача.Собрать в Matlab схему, изображенную на рис.1. Настроить один из

элементов на резонанс. Построить частотные характеристики. В качестве источника использовать источник синусоидального напряжения. За резонансную частоту взять частоту источника напряжения. Для построения частотных характеристик рекомендуется взять следующие значения частоты сигнала: 0.5fp ; 0.7fp ; 0.9fp ; 0.95 fp ; fp ; 1.05fp ; 1.1fp ; 1.3fp ; 1.5fp, где fp – резонансная частота.

213

Рисунок 1

Таблица 1. Исходные данные для создания схемыUm, B ω, рад/с Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Резонанс127 314 R-C15

Ом; 15 мкФ

R-L30 Ом; 0.2

Гн

R-L-C 30 Ом; 10 мГн

R-L7 Ом; 12 мГн

R50 Ом

Z3-напряжен

ие

Воспользовавшись формулой f r=1

√L * C, (где L – это индуктивность

элемента, а ω – круговая (угловая) частота) определим величину конденсатора, который необходимо включить в цепь для создания резонанса.

С=1

ω2 * L=

1

3142 * 10 * 10−3=1014   мк Ф .

Для создания действующей модели схемы использовали среду Simulink и библиотеки Sinks и SimPowerSystems. Для вывода данных моделирования скопировали в рабочее поле блок Display из библиотекиSinks (рис.2).

Из библиотеки SimPowerSystems скопирован блок powergui для корректной работы симуляции (рис.3).

Рисунок 2 Рисунок 3

214

Из подраздела Electrical Sources (электрические источники) скопировали элемент AC Voltage Source (источник переменного напряжения). С его помощью установили параметры напряжения: частоту, амплитуду, начальную фазу (рис.4).

Рисунок 4

После этого из подраздела Elements (элементы схем) выбираем блок RLC Branch (RLC ветвь). Схема содержит 5 смешанных сопротивлений. Значит данный элемент нужно скопировать 4 раза. В опциях блока выбираем какие именно элементы содержит ветвь (индуктивность, ёмкость или активную нагрузку) и заносим величины. Элемент Z3, который надо настроить на резонанс содержит все 3 элемента, поэтому для него делаем отдельный блок для снятия характеристик.

После введения всех параметров соединяем элементы в готовую схему. Так как надо настроить элемент на резонанс напряжений, то его ёмкость и индуктивность должны соединяться последовательно. Для снятия напряжений использовали мультиметр. Копируем блок Multimeter, т. к. необходимы действующие значения, а мультиметр показывает только мгновенное значение, то выносим блок RMS (SimPowerSystem – Extras-Measurements-RMS). В него вводим частоту, на которой работает схема и соединяем с блоком Display.

В главном окне программы устанавливаем время модуляции. Так как схема работает в принудительном режиме, то достаточно будет 1 секунды. После запуска схемы в блоке Display имеются 2 значения- напряжение на ёмкости и индуктивности. В среде Matlab создаём файл. Записываем значение резонансной частоты fr=314/2/pi. Создаём массив из частотных значений f=fr*[0.5 0.7 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.3 1.5].

215

Рисунок 5

Рисунок 6Далее необходимо сформировать векторы напряжений на индуктивности и

ёмкости. Для этого каждое значение вектора частоты надо подставить в блок источника напряжения «AC Voltage Source» и блок «RMS» (рис. 7).

Очень важно менять значение частоты сразу в обоих блоках. Иначе результат будет неверным.

После каждой подстановки надо заново промоделировать контур, с блока “Display”снять параметры и внести их в файл с векторами. Окончательно векторы выглядят так:

UL=[0.1981 0.4397 0.7952 0.9021 1.016 1.138 1.266 1.852 2.55]UC=[0.8123 0.911 0.992 1.009 1.016 1.041 1.055 1.103 1.139]

216

Рисунок 7

Теперь можно строить сами резонансные характеристики, используя команды «Plot». Графики имеют вид зависимости напряжения от частоты.

Рисунок 8

В результате проделанной работы была достигнута поставленная цель - построены резонансные кривые контура. Это даст возможность на практике при работе электродвигателей избежать резонанса между некоторыми его частями.

217

Литература1. Дьяконов В. П. Simulink 4. Специальный справочник.—СПб.:«Питер»,

2002.— С.528.2. Джон Г. Мэтьюз, Куртис Д. Финк. Численные методы. Использование

MATLAB = Numerical Methods: Using MATLAB.— 3-е изд.—М.:«Вильямс», 2001.— С.720.

3. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В.MATLAB 7. Самоучитель.—Пресс, 2005.— С.464.

4. Дьяконов В. П. MATLAB 6.5/7.0/7 SP1 + Simulink 5/6. Работа с изображениями и видеопотоками. Библиотека профессионала.— Москва.: «СОЛОН-Пресс», 2005. — С. 400.

УДК 617.52:681.3

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ. ПРОЦЕССИЗУЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАТИКИ

Н.Якименко , студентка ДБМК,отделение «Акушерское дело»,О.В. Швыдкий,директор ДБМК, к.м.н.

Л.А.Момоток, преподаватель –методист основ медицинской информатики ДБМК

Донецкий базовый медицинский колледжlmomotok@yandex.ua

В статье описан учебный процесс практического занятия студентов Донецкого базового медицинского колледжа по дисциплине «Основы медицинской информатики» на лечебной базе Донецкого областного противоопухолевого центра. На занятии раскрывается весь потенциал Информационных технологий, инвестируемых в медицину, усвоение и осмысливание которых формирует у студентов профессионализм современного медицинского работника. Инновационные технологии не могут оставлять равнодушными молодежь, они пробуждают стремление к знаниям и творчеству.

This paper describes a learning process practical training students of Donetsk basic medical college course "Fundamentals of Medical Informatics" on the basis of the therapeutic Donetsk regional antitumor center . At the lesson unleashes the full potential of information technologies, invested in medicine, learning and comprehension of the students which forms the modern professional health worker. Innovative technologies can not leave indifferent youth, they awaken a desire for knowledge and creativity.

218

Медицинская информатика (МИ) - стремительно развивающаяся область знаний на стыке наук, которая ориентирована на биомедицинскую информацию, данные и знания, их хранение, передачу и оптимальное использование для решения проблем или принятия решений в медицине. Как самостоятельная специальная дисциплина МИ находится еще в стадии формирования, опирается на естественные науки и медицинские знания, что вызывает иногда некоторые трудности на первом курсе обучения.

После проведения теоретической части и практического обучения на компьютерах для студентов проводятся итоговые занятия на одной из лечебных баз, оборудованной современной микропроцессорной техникой. Такое ознакомление имеет большую ценность для развития интеллектуальной деятельности студентов. Полученные и усвоенные знания будут востребованы и применимы к изучению медицинских дисциплин в дальнейшем обучении.

Таким лечебным учреждением, где интеграции компьютерных технологий в медицину идут в ногу со временем, является Донецкий областной противоопухолевый центр (ДОПЦ), один из лучших подобных центров в Украине.

Студенты ДБМК имеют возможность практически ознакомиться с ИТ радиологического отдела ДОПЦ, который возглавляет доктор медицинских наук, профессор Н. Г. Семикоз. Отдел оснащен современным оборудованием, в частности, линейными ускорителями Clinac 600C, Clinac 2100C/D, аппаратом для контактной лучевой терапии GammaMed (источник Ir-192), двумя спиральными компьютерными томографами и одним магнито-резонансным (МРТ), системой дозиметрического планирования (СДП), рентген-симулятором Acuity. Данные технологии студенты наблюдают в работе по подготовке пациента к лучевой терапии и в процессе лечения.

Для восприятия учебной информации напоминаются теоретические сведения по теме, демонстрируется оборудование с обсуждением основных характеристик, возможностей и ограничений каждого медицинского комплекса.

Занятие начинается с посещения отделения КТ и МРТ диагностики. Медицинские компьютерные системы визуализации предназначенные для обследования внутренних органов и их структур с выводом изображения на экран. Сбор информации осуществляют информационные лучи - волновые процессы разной физической природы, используемые в качестве информации, поступающей от человека. Реконструктивная томография – ценнейшая диагностическая технология. Как невозможно представить медицину ХХ века без рентгеновского аппарата, так немыслимо развитие медицины конца ХХ - начала XXI веков без компьютерного томографа. КТ – универсальный метод послойного исследования тонких слоев тканей. Отсюда название метода – томография (греч. tomos – слой). С ее помощью можно изучать все части тела, все органы, судить о положении, форме, величине, состоянии поверхности и

219

структуре органа, определять ряд функций, в том числе кровотоке в органе, а также измерять плотность любого участка тканей.

Студенты знакомятся с АРМ (автоматизированное рабочее место) специалистов, ПК которых обеспечены теми программными средствами, которые используются для информационной поддержки выполнения конкретных функциональных обязанностей ( АРМ врача, медицинского физика, инженера линейного ускорителя и др.).

После посещения отделения, студенты переходят в отделение клинической дозиметрии и радиационной безопасности, где осуществляется физико-дозиметрическое планирование лучевой терапии на современных трехмерных планирующих системах. Для понимания цикла лечебного процесса, необходима для учащейся молодёжи следующая информация.

В основе лучевой терапии лежит процесс облучения раковой опухоли различными по своей физической природе видами ионизирующего излучения: электронным, позитронным, нейтронным, фотонным, рентгеновским. Частицы высоких энергий разрушают раковые клетки опухоли и подавляют их воспроизведение. Подход - "чем больше доза излучения, тем лучше" - в лучевой терапии онкологических заболеваний абсолютно неприемлем. Меньше - часть раковых клеток останется живая, больше - рождаются новые клетки-мутанты, которые уже не боятся излучения. И при этом они сохраняют способность к размножению. Распределение дозы ионизирующего излучения в тканях и органах пациентов подчиняется сложным физическим законам. Очень большие дозы вредны, малые – не эффективны. Это первая задача, которую необходимо решать каждый раз индивидуально для отдельного пациента. Вторая задача связана с первой: так как четкой границы безопасности между здоровыми тканями близлежащих органов и облучаемой мишенью не существует, то возникает проблема поражения здоровых тканей, повреждение которых может угрожать здоровью и жизни пациента. Идеальной дозы, способной стерилизовать опухоль без поражения здоровой ткани, нет. На этом этапе вводится понятие об оптимальной дозе, т.е. дозе, которая дает максимум шансов на разрушение опухоли и минимальный риск возникновения осложнения. Необходим точный расчет лучевых нагрузок на близлежащие здоровые органы. Именно эту работу выполняют системы дозиметрического планирования (СДП). До их появления такой расчет велся вручную с помощью изодозных прозрачных карт, что называется, на „глазок”.

Таким образом, при планировании лучевой терапии необходимо: отпустить всему облучаемому объекту, насколько это возможно, однородную дозу, во избежание, как передозировки, так и недостаточной дозы в сравнении с оптимальной; найти такой технический способ облучения, который разрешил бы отпускать наименьшую дозу здоровым тканям; точно оценить дозы, получаемые различными участками облучаемого организма, и убедить, что ни один орган не получает опасную для него дозу.

220

Программное обеспечение СДП позволяет использовать трехмерное изображение исследуемого органа (объемную томограмму, которую получают, используя серии компьютерных и магнитно-резонансных томограмм), просмотреть его в любой плоскости, сделать разрез в любом сечении. Врач может выбрать точку на этой модели внутри опухоли и потребовать расчет у компьютерной системы, какую энергию нужно подвести конкретно в эту зону. СДП жестко привязаны к системам излучения, т.е. линейным ускорителям, которые настолько сложны и утончены, что позволяют фактически превратить лучевую терапию в лучевую хирургию. В процессе предлучевой подготовки больного применяются СДП, которые дают возможность построить модель радиационного поля, заранее спрогнозировать лечение, найти оптимальный вариант облучения. Индивидуальный план облучения строится на основе введения в компьютер трех узловых параметров, являющихся отправными точками обработки данных: анатомической информации пациента, точного описания источника облучения и избранного режима лучевых процедур. Современные СДП интегрированы в радиологическую информационно-управляющую систему ЛПУ, МИС которой состоит из серверов, рабочих станций, сетевого оборудования, объединяющего всю облучающую аппаратуру и аппаратуру предлучевой подготовки для ввода, просмотра, обработки и хранения данных о всех пациентах, которые проходят лечение в отделении лучевой терапии. На рис.1. показана объемная томография на мониторе СДП.

Рисунок 1

Таким образом, для каждого пациента составляют индивидуальный план радиационного воздействия.

221

Для дальнейшего обеспечения точного определения положения изоцентра полей облучения относительно анатомии пациента используется процедура симуляции. Симуляция играет важную роль при планировании и моделировании облучения, является обязательным этапом в предлучевой подготовке больного. Процесс симуляции полученные координаты пациента экспортируются в систему лазерной разметки.

• Процесс предлучевой подготовки включает такие процедуры: • исследование на спиральном компьютерном томографе или МРТ

(компьютерные системы визуальной диагностики);• создание индивидуального плана лечения (компьютерные системы

дозиметрического планирования); • —симуляцию пациента для точного воспроизведения лечения,

Далее пациент с индивидуальным планом лечения направляется на линейные ускорители, которые используются, как один из современных методов лечения пациентов со злокачественными образованиями всех локализаций. Для Украины метод лучевой терапии на линейных ускорителях довольно новый. Первыми его освоили специалисты ДОПЦ. С февраля 2007 года в центре на полную мощность работают два линейных ускорителя.

Система многолепесткового коллиматора в ускорителе позволяет сформировать нужное поле облучение по заданной СДП программе и направить пучок облучения в опухоль, что позволяет свести негативное воздействие на здоровые ткани к минимуму. Этот метод не вызывает лучевых повреждений, не гибнут здоровые ткани, пациенту не грозит инвалидность. На рис. 2 показано использование линейного ускорителя.

Отдел радиологии имеет комплексную медицинскую информационную систему (МИС), объединяющую модули КТ и МРТ диагностик, клинической дозиметрии и радиационной безопасности. Функциями этой МИС являются:

• информационная поддержка процессов диагностики, лечения; • персональный учет пациентов, ведение и обработка медицинских

документов;• поддержка принятия решений на основе баз знаний; • ведение базы данных нормативно-справочной документации;• доступ к ресурсам сети Интернет; формирование и поддержка

собственных информационных Интернет-ресурсов; • и др.

Таким образом, за время практического занятия на базе ДОПЦ, студенты знакомятся с современными компьютерными технологиями, усваивают, в какой последовательности проходит диагностика и лечение пациентов в отделении радиологии.

222

Рисунок 2

УДК 37.0:004

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «ADVANCED TESTER»: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ

ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ ОБУЧЕНИЯ

С.В. Козлов, кандидат педагогических наукдоцент кафедры информатики

Смоленский государственный университет (СмолГУ), Россияsvkozlov1981@yandex.ru

В работе рассмотрен алгоритм формирования групп учащихся и вопросов изучения теоретического материала при построении индивидуальных траекторий обучения. Описаны аспекты его организации с использованием математического аппарата соответствия Галуа.

In the work the algorithm of formation of groups of pupils and studying problems is considered at construction of individual trajectories of training. Aspects of its

223

organization with use of mathematical apparatus of the Conformity of Galua are described.

Проектирование индивидуального тестирования в автоматизированной информационной дидактической системе «Advanced Tester» включает одним из этапов определение оптимальных индивидуальных стратегий обучения учащихся. В свою очередь это предполагает разработку алгоритма формирования критериально-ориентированного индивидуального теста [1].

Данный алгоритм включает выделение множества M вершин, ассоциированных с неусвоенными элементами знаний, модели графа G изучаемого материала. Это позволяет выявить «типичные» группы вопросов темы учебного курса, при изучении которых у учащихся возникают затруднения, и определить группы «незнания».

Пусть A и B – некоторые множества и R – соответствие из A в B, то есть R⊂A×B . Положим для X ⊂A

Г (X ) y∈B∣( x , y)∈R для всех x∈Xи аналогично для Y ⊂B

Г '(Y ) x∈A∣( x , y)∈R для всех y∈YОтображения Г и Г΄, заданные на булеанах β (A) и β (B) множеств A

и B обладают следующими свойствами:1. X 1⊆X 2⇒Г (X 1)⊇Г ( X 2) и Y 1⊆Y 2⇒Г ' (Y 1)⊇Г ' (Y 2) .2. X ⊆ГГ ' (X ) , Y⊆ГГ ' (Y ) .3. ГГ ' Г (X )=Г (X ) , Г ' ГГ ' (Y )=ГГ ' (Y ) (следует из 1 и 2).Пара отображений между β (A) и β (B) или, в более общем случае,

между двумя любыми множествами называется соответствием Галуа, если выполняются условия 1 и 2 (и, следовательно, условие 3).

Пусть требуется изучить теоретический курс, объём которого определён некоторым стандартом. Выберем и зафиксируем некоторую графовую модель G изучаемого материала [1, 2]. В нашем распоряжении имеется набор тестовых заданий Т для проверки усвоения элементов знаний курса К. Проведём тестирование. В результате установится соответствие между тестируемыми и вопросами теста.

Пусть A – это множество учеников выполнивших тест, B – множество вопросов теста, каждый из которых проверяет какой-либо элемент знания по изучаемой теме, R – соответствие из A в B, сопоставляющее каждому ученику те вопросы, на которые он ответил неверно. Во множестве B выделим те вопросы, на которые получен хотя бы один неверный ответ. Тогда каждому подмножеству

B1 множества B, состоящему из таких вопросов, будет соответствовать

некоторое подмножество A1 учеников множества А (т.е. R−1(B1)=A1 ). И, обратно, каждому такому множеству учеников будет соответствовать некоторое множество B2 вопросов (т.е. R(A2)=B2 ). Соответствие R задает на

множествах A и B операции замыкания подмножеств и определяет соответствия

224

Галуа. Это позволяет для любого подмножества C вопросов из B выделить набор D «типичных» элементов (т.е. R−1∘R(C )=D ). Незнание ответов на вопросы из множества C влечет незнание всех элементов знаний из D для определенной группы учеников (рис. 1). Найденные множества «незнания» позволяют выделить круг вопросов, в изучении которых у группы учеников возникли проблемы.

Рисунок 1. Выделение набора D «типичных» элементов для множества вопросов C

Более того, аналогичным образом можно установить набор «типичных» элементов F любого подмножества E учеников из A (т.е. R∘R−1(E )=F ). В этом случае для ряда выделенных вопросов можно сформировать характерные группы учеников гомогенные по обученности. Это позволяет сгруппировать учащихся и указать формы работы с классом: индивидуальная, групповая или общая работа.

Вопрос «На основании каких свойств группировать учащихся для дальнейшей работы» имеет особый смысл, так как существенные при этом свойства – уровень знаний учащихся и их способности часто не согласуются. В педагогической литературе долгое время ограничивались выражениями «сильный», «средний» и «слабый ученик», не уточняя в каком отношении он силен или слаб. В 70-х гг. прошлого века ученые брали за основу способность к учению, исходили из уровня успеваемости, степени познавательной самостоятельности и активного интереса к учебе [2].

Однако, несмотря на то, что ситуация стала изменяться, при такой группировке в какой мере учитывать то или иное свойство оставалось не ясным.

Рассматриваемая нами личностно ориентированная обучающая система предполагает дифференцирование учащихся на группы по степени обученности в изучении выделенных вопросов. Необходимо подчеркнуть, что в рамках указанных групп предлагаемые индивидуальные критериально-

225

ориентированные тесты для коррекции полученных знаний формируются индивидуализировано. Выделение таких групп служит для организации работы по устранению возникших трудностей в обучении.

Кроме того, для получения сведений о достигнутом уровне обученности и диагностики обучаемости в рамках элементов знаний курса К подобного рода способом устанавливаются множества «знания» – круг усвоенных вопросов и формируются множества учеников, достигших определенного уровня знаний. В итоге учитель получает информацию об уровне обученности и динамике обучаемости как отдельного ученика, так и групп учеников, класса в целом (программа выдает статистические данные и специальные диаграммы). Далее в соответствии с полученными данными необходимо сформировать набор индивидуальных тестовых заданий для коррекции полученных знаний и предложить их в зависимости от индивидуального запроса ученику.

Для этого по результатам выполнения теста для каждого ученика отмечают те вопросы, на которые были получены неверные ответы (подмножества B j ) и выделяют множество M вершин, ассоциированных с неусвоенными элементами знаний модели графа G изучаемого материала.

Это позволяет в информационной среде программного комплекса «Advanced Tester» сформировать индивидуальные наборы тестовых заданий. Если ученик справился с тестом полностью, то, формируется индивидуальный тест на более высоком уровне усвоения знаний, или обеспечивается индивидуальная коррекция предыдущего материала, или ученик переходит к изучению новой темы.

Система формирования оптимальных индивидуальных стратегий обучения входит в состав единой дидактической системы автоматизированного информационного программного комплекса «Advanced Tester». Алгоритмы, реализованные в ней с применением соответствий Галуа на графовых моделях обучения, обеспечивают диагностику знаний, умений и навыков учащихся, своевременную их коррекцию и выработку индивидуальных стратегий обучения.

Литература:1. Емельченков Е.П., Бояринов Д.А., Козлов С.В. Информационные системы

автоматизированной поддержки инновационной деятельности: модели, проектирование и реализация: монография / Е.П. Емельченков, Д.А. Бояринов, С.В. Козлов – Смоленск, 2011. – 164 с.

2. Козлов, С.В. Педагогическое проектирование индивидуального тестирования в личностно ориентированной обучающей системе: дис. …канд. пед. наук: 13.00.01 и 13.00.02: защищена 24.05.06: утв. 20.11.06 / Козлов Сергей Валерьевич. – Смоленск, 2006. – 204 с.

226

УДК 004.9

ОРГАНИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ В РЕЖИМЕ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ MATHCAD APPLICATION SERVER

Е. Р. Петровский, студент физико-металлургического факультета, Л. В. Славинская, старший преподаватель кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаpetrov@mail.ru

В работе рассматриваются особенности организации образовательных Internet-проектов с использованием Mathcad Application Server. Приведены примеры расчетных серверов, а также примеры подготовки MathCad-документов к публикации в Internet.

In this paper are considered features of the organization of educational Internet-projects using Mathcad Application Server. The examples of calculation servers and examples of preparation MathCad-documents for publication on the Internet are given.

Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). ИКТ находят широкое применение для организации и проведения образовательного процесса в учебных заведениях различного уровня. В современных условиях ИКТ лежат в основе дистанционного обучения. Электронные образовательные ресурсы (ЭОР) занимают центральное место в распространении новых технологий обучения. Создание ЭОР не сводится к простому копированию печатных изданий на электронные носители информации.Для этого требуются новые подходы, наиболее полно учитывающие функциональные возможности современных ИКТ. Одним из основных видов ЭОР являются электронные учебно-методические комплексы (e-УМК). Эти комплексы должны включать совокупность средств, достаточных для самостоятельной учебной работы студентов при изучении учебной дисциплины или модуля.В составе e-УМК могут входить электронные учебники и задачники, виртуальные или реальные лабораторные практикумы, системы тестирования знаний, методические указания по использованию e-УМК. [1].

Интерактивные справочники. Перенос справочной информации c бумажных носителей в Интернет повышает оперативность ее поиска и удобство работы с нею. В отличии от ошибок и опечаток в источниках на «бумажных» носителях ошибки, обнаруженные на сайтах, выявляются и исправляются быстрее и незаметнее. Неотемлемой частью УМК являются интерактивные предметные справочники. Примером такого образовательного ресурса может служить «Универсальный интерактивный справочник по математике для

227

инженеров» [2]. Он представляет собой структурированный набор справочных статей по всем разделам высшей математики, включенным в стандарт математического образования инженеров. Поиск справочной информации производится через оглавление и по предметному указателю. Справочные сведения представляются в традиционной математической нотации и снабжены аргументированными графическими иллюстрациями и многочисленными примерами. В состав справочника включены средства решения задач пользователя по приведенным в справочных статьях формулам с использованием Mathcad Application Server. «Универсальный интерактивный справочник по математике для инженеров» является справочным пособием и не требует специального методического сопровождения. Простой логичный интерфейс справочника позволяет работать с ним без специальных инструкций. Справочные статьи содержат расширения «Подробнее», «Примеры» и «Решить свою задачу». Расширение «Подробнее» содержит дополнительные, важные с точки зрения авторов факты. Расширение «Примеры» позволяет посмотреть множество примеров, поясняющих содержание справочной статьи. Расширение «Решить свою задачу» позволяет, не выходя из справочника решить задачу с использованием Mathcad Application Server.

Роль сетевых ресурсов в научно-технических расчетах. Особую популярность в образовательной, научной и инженерной деятельности приобретают расчетные Internet-серверы. Это могут быть как серверы, предназначенные для решения рутинных математических задач, так и системы автоматизации онлайн расчетов для решения частных задач (например, Онлайн Электрик, [3]).

Главным достоинством таких сетевых ресурсов является то, что нет необходимости приобретать (или скачивать) и устанавливать у себя на компьютере программное обеспечение, а можно проводить расчеты в режиме онлайн.

Mathcad Application Server (MAS). Математический пакет Mathcad позволяет быстро освоить работу на компьютере, не вдаваясь в тонкости программирования. Значительному количеству пользователей Mathcad нужен не для разработки собственных сложных алгоритмов, а для построения графиков, решения уравнений и систем (алгебраических, дифференциальных), несложной статистики и т.д. и т.п. Реализация решений задач в MathCad ведется на естественном математическом языке с привлечением мощного математического аппарата. Расчеты, выполненные в среде Mathcad, очень просто публиковать в Intermet по технологии MAS. Сервер MAS предоставляет возможности проведения расчетов разной степени сложности в режиме удаленного доступа. Связь же с этим сервером осуществляется через Internet: пользователь (клиент сервера) шлет на сервер свои данные и получает ответ. При этом у пользователя сохраняется полная иллюзия, что он открыл Mathcad-документ и работает с ним [4].

228

Прекрасным примером реализации возможностей MAS является расчетный сервер МЭИ (ТУ) [5]. Здесь можно найти интерактивные справочники, производить онлайн расчеты по общей теплоэнергетике, аналитической химии и т.д., а также познакомиться с технологией MAS (рис.1).

Рисунок 1

229

Еще одним примером использования технологии MAS может служить образовательный ресурс Exponenta.ru [6]. Здесь собраны справочные и методические материалы по математическим пакетам MathСad, MathLab, Maple, Mathematica, Statistica, а также реализована возможность интерактивных вычислений (на основе технологии MAS). Ресурс Exponenta.ru является открытым проектом, в котором могут участвовать вузы, центры дистанционного обучения, другие заинтересованные организации и лица.

На рис. 2 приведен пример онлайн расчета «Анализ двумерного нормального распределения», опубликованный на Exponenta.ru.

Рисунок 2

230

Подготовка Mathcad-документа к работе на Mathcad Application Server. Для того, чтобы MathCad-документ был доступен в сети его необходимо отредактировать, вставив в него элементы управления WebControl (рис. 3-4). Почему именно элементы WebControl, когда их несетевые аналоги предусмотрены в MathCad? Для функционирования WebControl не надо писать или редактировать программы на языках, поддерживающих технологию Active Scripting. Такие программы в сети нежелательны, т.к. в основном через них переносятся компьютерные вирусы.

Рисунок 3

На рис. 5 приведен пример простейшего Mathcad-документа. Документ разделен на зоны для ввода исходных данных, расчета и вывода результата. Здесь в зоне «Исходные данные» вместо операторов присваивания для ввода значений γ и λ использованы текстовые поля Text Box и добавлена кнопка Submit (Recalculate).

231

Рисунок 4

Дл

Рисунок 5

232

На рис. 6 приведен этот же документ, но со скрытой зоной «Расчет». Зоны Mathcad-документа можно использовать не только для

структуризации документа, выделения его отдельных частей, но и для организации областей, которые пользователям запрещено модифицировать. Зоны можно не только скрывать и раскрывать, но и запирать или блокировать, т. е. закрывать для любого редактирования (Format/Area /Lock). Для такого случая предусмотрена защита информации от несанкционированного редактирования паролем (рис 7).

Рисунок 6

запретить

Рисунок 7два

Любая информация, введенная через Text Box воспринимается как текст (String).

233

Рисунок 8

В. Очковым совместно с Т. Гудманом была разработана методика ввода через текстовое окно массивов (векторов и матриц) и функций [4].

Рассмотрим пример пользовательской функции Str2VMat(s), предназначенной для преобразования последовательности символов в одномерный массив. Массив вводится в Text Box одной строкой (String). С помощью функции из строки выделяются подстроки, отделенные друг от друга пробелом. В состав подстроки могут входить цифры, знаки «-» и «.». Далее выделенные подстроки преобразуются в элементы массива. Выводится массив

234

(Y) в транспонированном виде. Листинг пользовательской функции Str2VMat(s) приведен на рисунке 8.

Аналогично можно организовать и ввод матрицы.Выводы. Технология MAS позволяет запускать на серверах Mathcad-

документы и обращаться к ним дистанционно через Internet. Нет необходимости ставить на компьютер пользователя саму программу Mathcad нужной версии, где-то искать, проверять на отсутствие вирусов и запускать прикладные xmcd-файлы – достаточно подключить компьютер к Internet и обратиться к MAS-серверу через браузер. При этом можно изменять исходные данные и пересчитывать (распечатать, сохранить на диске) результаты. Сама же расчетная методика (набор формул в традиционной математической нотации), а также промежуточные данные могут быть либо открыты, либо закрыты полностью или частично. Новые расчетные методики быстро становятся доступны всем членам Internet-сообщества. Любые ошибки, опечатки, недоработки и допущения в расчете, замеченные как самим автором (разработчиком), так и пользователями, могут быть быстро исправлены. Незаметно для пользователей можно также модернизировать и расширять расчеты. Кроме того, технология MAS не исключает традиционной возможности скачивания с сервера самих Mathcad-документов для их расширения и модернизации [4].

Литература:1. Информатизация инженерного образования: электронные

образовательные ресурсы МЭИ. Выпуск 3 / сост.: Ю.В. Арбузов, Т.И. Болдырева, А.И. Евсеев и др.; под общ. ред. С.И. Маслова. —М. : Издательский дом МЭИ, 2008. — 424 с.

2. Справочник по высшей математике. URL: http://twt.mpei.ac.ru/math (дата обращения: 3.07.2012).

3. Онлайн Электрик. URL: http://www.online-electric.ru (дата обращения: 5.07.2012).

4. Инструкция разработчику on-line расчетных методик для Интернет в среде Mathcad. URL: http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU_Book_New/mas/ From_WorkSheet_to_WebSheet.html (дата обращения: 15.06.2012).

5. РC МЭИ (ТУ). URL: http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU_Book_New/mas (дата обращения: 7.07.2012).

6. Exponenta.ru. URL: http://www.exponenta.ru (дата обращения: 4.07.2012).

235

УДК 004.4+57

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВОЙ КЛЕТКИ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ POV-RAY

Л. М. РомановаГ. Г. Исламов, д.ф.-м.н., профессор

ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», Россияromlyuba@mail.ru

Cтатья содержит описание реализации 3Dмоделей органоидов растительной и животной клеток с помощью свободно распространяемой программы POV-Ray, также кратко описаны возможности этой программы.

Article contains description of implementation specification 3Dmodels organoids vegetable and animal cell by means of the freeware program POV - Ray, possibilities of this program are also briefly described.

По теме «Клетка» курса общей биологии разработан анимационный фильм «Строение и функции клетки». Подробно описанные сцены с использованием иллюстраций и анимаций делают данную тему интересной и простой для изучения. Она является одной из важных для всех школьников, студентов, обучающихся на биологических, ветеринарных факультетах, а также медицинских учебных заведениях. Сцены фильма разработаны в программе POV-Ray.

POV-Ray (Persistence of Vision Raytracer) — программа трассировки лучей. Эта программа является бесплатным программным обеспечением с доступным исходным кодом.

Программа имеет следующие возможности POV-Ray:1. Полный по Тьюрингу язык описания сцен (SDL — от англ. scene

description language), который поддерживает макросы и циклы.2. Встроенная библиотека готовых сцен, текстур и объектов.3. Поддержка множества геометрических примитивов и составных

объемных тел.4. Несколько типов источников света.5. Атмосферные эффекты: туман и сплошная среда (дым, облака...).6. Отражение, преломление и каустика с использованием отображения

фотонов.7. Шаблоны поверхности: складки, выпуклости и волны, для использования

в процедурных текстурах и отображении выпуклостей.8. Поддержка разных форматов изображений для текстур и выходных

файлов, включая TGA, PNG, JPEG.

236

9. Обширное руководство пользователя.В сети можно найти большое количество инструментов, текстур, моделей,

сцен и руководств. Также POV-Ray - полезный справочник для тех, кто хочет изучить, как работает трассировка лучей и связанные с ней геометрические и графические алгоритмы.

В отличие от подобных систем, выполняющих построение моделей интерактивно, POV-Ray работает по принципу транслятора.

POV-Ray не похож на программу 3ds-Max, в POV-Ray не нужно рисовать руками, здесь пишется код, программа, которая описывает расположение объекта, текстуру.

Программа POV-Ray просчитывает путем рендеринга заданное в ini-файле количество кадров (в 1 секунде их должно быть 25 штук). Затем эти кадры собираются в сцену с помощью программы DTA. Таким образом создается отдельная сцена. Общее количество кадров во всех сценах: 3700, таким образом, каждому кадру соответствует модель в исходном тексте сцены.

Код программы должен содержать параметр времени t, без которого невозможно движение объекта. Таким образом, одна сцена может порождать целый ряд кадров с изменением параметра времени.

Язык программирования в программе похож на язык C++.В анимационном фильме описывается живая клетка, она бывает двух

видов: растительная и животная (рис. 1-2).

Рисунок 1. Модель растительной клетки. Рисунок 2. Модель животной клетки.

Клетки содержат следующие органоиды: мембрану, цитоплазму, эндоплазматический ретикулум, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, ядро, ядрышко, центриоли, вакуоли, пластиды. Рассмотрим структуры моделируемых процессов.

Митохондрия (рис. 3) собрана из двух сфер и цилиндра. Внутренняя часть реализована благодаря возможности объединения и дифференциации объектов в POV-Ray. Кристы – это сжатые по оси Y торы.

237

Рисунок 3. Митохондрия

Рисунок 4. Центриоль

Девять объединенных цилиндров представляют из себя центриоль (рис. 4). Координаты оснований цилиндров имеют следующее представление:

(xn, yn, zn)=(R*cos α, R*sin α, 0);Где R - радиус окружности, которую составляют основания цилиндров; α, β - углы отклонения цилиндров.

Граны состоят из сжатых по оси Z сфер, собранных в столбик (т.е. это набор эллипсоидов). Пластиды (рис.5) включают в себя сферы и мостики (сжатый по оси Z цилиндр), по которым соединяются граны.

Рисунок 5. ПластидыЭПС (рис. 6) собрана из сплайнов, которые сжаты по осям. Рибосомы - это

маленькие сферы, разбросанные по поверхности ЭПС. В программе POV-Ray подобрана специальная структура, имитирующая поверхность покрытую небольшими сферами.

Рисунок 6. ЭПС

238

Мембрана (рис. 7) состоит из трех плоскостей: первая и третья составлены из маленьких сфер, плотно прилежащих друг другу. Средний слой - параллелепипед.

Рисунок 7. МембранаКГ (рис. 8) представлен из объединения срезанных сфер, по краям которых

расположен тор. Лизосомы - это сферы, находящиеся рядом с КГ. В сцене рибосом КГ представлен в виде цилиндра, а координаты сфер - рибосом имеют следующее представление:

(xn, yn, zn)=(R*cos α, R*sin α, j/n),где R - радиус сферы; α - угол, на который отклоняется следующая сфера; n - высота цилиндра, а j из интервала [0,n].

Рисунок 8. Аппарат ГольджиСферы заключенные в функцию капля со стеклянной структурой сделаны

как вакуоль (рис. 9).

Рисунок 9. Вакуоль

Ядро (рис.10) состоит из объединения сфер, с поверхности которых удалены сферы меньшего размера, они представляют поры. В центре находится

239

ядрышко, состоящее из сферы и шероховатой текстуры. Координаты центров сфер – пор, вычисляются следующим образом:

(xn, yn, zn)=(R*cos α*sin β, R*sin α*cos β, R*cos α);Где R - радиус сферы; α, β - произвольные углы отклонения.

Рисунок 10. Ядро и ядрышко

Цитоплазма (рис. 11) представлена из мелкозернистой текстуры.

Рисунок 11. Цитоплазма

Разработано огромное количество 2D моделей клетки. Преимуществом 3D модели является то, что такую модель можно собирать и разбирать, что развивает пространственное мышление обучающихся и помогает быстрее усвоить информацию.

Более подробно с данным материалом можно ознакомиться на сайте kletka.ax3.net.

УДК 004.5

РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ УЧАСТКА С ЗАДАННЫМИ КООРДИНАТАМИ

С.Д. Тихонов , студент гр. СПУ-10, О.А. Тихонова, ассистент кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаtihonov@gmail.com

В работе предложена программа POLIGON, использование которой позволяет определять площадь небольшого участка земли многоугольной формы. Рассмотрен компонент TMap библиотеки MapWindow GIS. Приведен пример использования программы POLIGON.

240

The program POLIGON, the use of which allows to determine the area of small plot of land of polygonal form, is offered. Here was reviewed a component TMap of a library MapWindow GIS. Was given an example of using the program POLIGON.

Аббревиатура GPS (англ. Global Positioning System — глобальная система позиционирования) знакома сейчас практически любому человеку. GPS − спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение [1]. Это одна из многих технологий, которая была разработана изначально для военных нужд, но с течением времени стала доступной рядовым гражданам.

10 лет назад вряд ли можно было поверить в то, что каждый человек сможет купить сравнительно недорогой карманный прибор, который на основе современных космических технологий точно указывает местоположение в любой точке земного шара. Сегодня профессиональные GPS навигаторы работают практически во всех армиях и полициях мира, а любительские используются на частных судах и летательных средствах, находят широкое применение в автомобильных навигационных системах, сопровождают любителей отдыха на природе и экскурсантов в чужом городе. GPS-приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, используются для сбора ГИС данных и записи (накопления) полевых измерительных данных [2].

Одним словом, доступность технологии GPS позволяет решить многие задачи. Однако такая, казалось бы, непростая задача, как расчет площади полигона не входит в сервис самых распространенных программ по обработке данных навигационных систем.

Нами была поставлена задача, разработать проект, в котором пользователь будет иметь возможность загрузить карту нужного района, изменять при необходимости масштаб работы с картой, отмечать точками интересующий его участок поверхности и, как результат, получать его площадь.

Аналитическое решение. Полигон представляет собой замкнутый многоугольник без

самопересечений. Площадь полигона S можно представить в виде трапеций, у которых абсциссы являются основаниями, а разности ординат соседних точек - высотами (рис. 1).

Площадь вычисляется по формуле:

S=12⋅∣∑

i=1

n

( xi+ x i+ 1)⋅( yi+ yi+1)∣ ,

где xn+ 1 , yn+ 1=x1 , y1 (1)

241

Рисунок 1

Программное решениеОсновной проблемой при создании проекта POLIGON стала реализация

возможность визуализации карты, масштабирования и привязки координат. В качестве средства реализации был выбран язык программирования Delphi 7. Среда визуального программирования и компонент TMap позволили реализовать интерфейс программы в удобной для пользователя форме.

TMap (библиотека MapWindow GIS) - картографический ActiveX компонент, который можно использовать в языках программирования Visual Basic, Delphi, Visual C++, PowerBuilder и др. TMap имеет обширный набор функций и позволяет разработчикам использовать в своих программах средства анализа и управления пространственными данными.

Для использования компонента TMap устанавливается библиотека MapWindow GIS (ее можно скачать с официального сайта: http://svn.mapwindow.org/svnroot/InstallationProjects/4.7/Release/MapWinGIS47SRa-x86-Setup.exe)

После установки библиотеки MapWindow GIS (рис. 2) компонент TMap появится на вкладке ActiveX (рис. 3)

После указанных действий разработчик имеет возможность расположить компонент TMap на форме и загрузить в него карту. Карты, загружаемые в компонент TMap, могут быть стандарта shp-файлов или растровыми изображениями. В данной работе предусмотрена загрузка только растровых изображений.

Система координат.Для определения положения на поверхности Земли применяют

пространственные прямоугольные, геодезические и плоские прямоугольные координаты.

242

X

Y

A1

A2

A3

A4

A5x

1

x2

x5

x3

x4

y1

y4

y3

y2

y5

a1

(x2-x

1) (x

3-x

2)a

2(x

4-x

3)a

3

(x4-x

5)a

4(x5-x

1)a

5

Рисунок 2

Рисунок 3

Для решения поставленной задачи разработчики остановились на популярной системе UTM (Универсальная поперечная проекция Меркатора, которая относится к прямоугольным координатам). Ее популярность объясняется удобством использования и почти всемирным охватом поверхности планеты.

Система UTM использует 60 зон, каждая - 6 градусов по долготе. Каждая зона распространяет из широты 80 Ю на широту 84 С; причина асимметрии в том, что 80 Ю просто случайно очень удачно проходит в южном океане, юге Южной Америки, Африки и Австралии; но необходимо подняться до 84 С, чтобы достичь севера Гренландии. Совместно эти зоны покрывают почти целую планету, опуская только Северный Ледовитый океан и северную и центральную Антарктиду на юге.[1]

243

Компонент TMap

Все современные программы GPS навигации предлагают своим пользователям координаты на выбор. Рассмотрим в качестве примера программы OziExlorer и Google Earth.

OziExlorer без дополнительных настроек определяет для пользователей местоположение в геодезических координатах и координаты UTM. Это видно на рис. 4.

Рисунок 4

Что касается Google Earth. По умолчанию, эта программа настроена отображать местоположение в градусах, минутах и секундах. Для изменения координат необходимо выполнить следующие операции.

1) Проверить, отображается ли «Строка состояния». Меню «Вид» → флажок «Строка состояния» (рис. 5).

2) Меню «Инструменты» → операция «Настройки» → закладка «3D-просмотр» → переключиться в группе переключателей на «Универсальная поперечная проекция Меркатора» (рис. 6).

В результате выполненных действий программа Google Earth будет отображать координаты для пользователя в системе UTM (рис. 7).

Проект P OLIGON . После запуска файла POLIGON.exe на экране появляется окно,

изображенное на рис. 8.

244

Координаты UTM

Геодезические координаты

Рисунок 5

Рисунок 6

245

Рисунок 7

Рисунок 8

246

компонент TMap

Единственная доступная кнопка позволяет пользователю загрузить нужную карту. После загрузки карты требуется выполнить ее привязку. Для этого заранее формируется текстовый файл, куда необходимо занести координаты 3-х точек: верхней левой, верхней правой и нижней левой. На самой карте привязка происходит следующим образом: после загрузки карты на форме становятся доступны кнопки верхней панели инструментов и появляется кнопка «Привязка». Необходимо выполнить двойной клик мышкой по верхнему левому углу карты и нажать на кнопку «Привязка». Эта операция повторяется для верхнего правого и нижнего левого углов карты. После чего, предлагается загрузить текстовый файл с координатами.

На этом привязка карты завершена и на форме появляется кнопка «Расчет площади».

Операции над картой:

− первое нажатие меняет вид курсора на и включает режим увеличения масштаба карты; второе нажатие возвращает курсору обычную

форму и отключает режим увеличения масштаба карты.

− первое нажатие меняет вид курсора на и включает режим уменьшения масштаба карты; второе нажатие возвращает курсору обычную

форму и отключает режим уменьшения масштаба карты.

− первое нажатие меняет вид курсора на и включает режим перемещения по карте; второе нажатие возвращает курсору обычную

форму и отключает режим перемещения по карте.

− возвращает карте первоначальный вид.

− позволяет выбрать цвет, используемый для выделения точек и линий будущего полигона.

Пользователю остается выбрать объект для измерения, отобразить в удобном виде, выбрать цвет отметок. Затем двойными кликами мышки последовательно отметить точки полигона и нажать кнопку «Расчет площади».

Пример использования программы «Полигон».После загрузки программы (рис. 8), нажимаем кнопку и выбираем

файл с картой (рис. 9).Выбранный файл отображается компонентом TMap (рис. 10). Следующий

этап работы − привязка карты.На карте показан вид «сверху» корпуса №3 ДонНТУ и нового здания

библиотеки. Для расчета площади, занимаемой новым зданием библиотеки, увеличим масштаб и выставим объект по центру (рис. 11).

247

Рисунок 9

Рисунок 10

248

Рисунок 11

Выберем цвет, отметим участок и нажмем кнопку (рис. 12).

Рисунок 12

Под кнопкой показан результат расчета 2463,761 м2.

249

Проверка результатаДанная карта была сформирована скриншотом во время работы в

программе Google Eart. Здание новой библиотеки было «разбито» визуально и приблизительно на прямоугольные зоны. Используя инструмент «Линейка» в Google Eart (рис. 13) были измерены стороны прямоугольников и найдена их суммарная площадь, которая составила ≈ 2474,4 м2.

Рисунок 13

Выводы:10.Реализация программы «Полигон» помогает достаточно точно рассчитать

площадь замкнутого многоугольника, выделенного на карте. Точность расчетов зависит только от указания координат привязки и точного выделения зоны полигона.

11.Загружаемые карты могут быть как профессиональными (перекодированные в формат bmp), так и созданными пользователем.

12.Разработанная программа предназначена для измерения площади небольших участков, таких как дом, дачный участок… поэтому в ней не учитывается искривление поверхности Земли и изменения уровня поверхности.

250

Литература:1. The Universal Transverse Mercator (UTM) Coordinate System| Кафедра

геоинформатики и геодезии. URL: http://www.masters.donntu.edu.ua / 2008/ggeo / rybakova/library/10_files.htm (дата обращения 24.05.2012)GPS-навигация и диспетчеризация. URL: http://garmin.donetsk .ua/about/article_detail.php?ID=3146 (дата обращения 23.05.2012).

2. Работа с MapWindow GIS. Настройки TMap Блог Delphi-программиста: URL: http://devdelphi.ru/?p=977. (дата обращения 22.03.2012)

3. Работа с MapWindow GIS. Работа с MapWindow GIS. Обзор Блог Delphi-программиста. URL: http://devdelphi.ru/?p=400. (дата обращения 22.03.2012)

4. Форма и размеры земли. системы координат. Высоты. Инженерная геодезия. Часть 1. URL: http://injzashita.com/forma-i-razmeri-zemli.-sistemi-koordinat.-visoti.html. (дата обращения 24.05.2012)

5. AlgoList - алгоритмы, методы, исходники | Площадь. URL: http://algolist.manual.ru/maths/geom/polygon/area.php (дата обращения 03.04.2012)

УДК 004.9

SERVER-BASED PDF CONVERSION: AN INSTRUMENT FOR EFFICIENT DOCUMENT MANAGEMENT

Michael KobetsSoft Xpansion GmbH & Co. KG , Bochum, Germany

The server-based production of PDF documents and documents in other formats requires, on the one hand, centralized conversion with the help of a PDF printer. But it is also important to provide an efficient distribution of the created documents to the respective addressees. Source documents will be sent by the clients to a so-called Render Center. Then the documents, for example, PDF or TIFF files will be transferred back to the author or to the other people or places. It is possible to use for the distribution, among other, a network printer, a FTP server, a TCP/IP protocol, e-mail, some web sites and/or virtual disk drives.A suitable solution will be described on the example of PDF Render Center. Windows system service forms the kernel of the application; in addition, a virtual PDF printer and an administration program stand for the settings. Also the functions will be explained briefly.

Usually PDF Render Center is installed on a network server and is set to perform the following tasks:

• Creation and conversion of PDF documents as well as of documents in other formats in an enterprise-wide or department-wide network. Besides, a

251

production and distribution can be provided according to the suitable user tasks from any working place.

• Processing of great document volumes in a fully automatic mode with high productivity.

The kernel of PDF Render Center is a system service, which manages streams of parallel processing of documents. The service efficiently uses the possibilities of the multiprocessing systems. Besides the system service, PDF Render Center installs one or more virtual printers (RC printer), which can also be used locally or as a network-shared printer. With the printer the user obtains a universal representation template (printer job) for every document for further conversion in PDF. The administration of the RC service occurs over a special application (PDF RC Administrator). With its help a system administrator controls the work of Render Center and monitors the output.

PDF Render Center allows a wide range of actions with documents in different formats:

• PDF and PDF/A creation from various printable formats: for example, MS Office formats, formatted and plain text, HTML files and Web sites, images (TIFF, JPEG, PNG, GIF, BMP).

• Import of MS Office meta information, such as links, table of contents (TOC), form fields and control elements, comments, from Word, Excel, PowerPoint documents in PDF documents.

• Conversion of PDF in PDF/A-1a and 1b.• Export of PDF documents in ASCII text or images (TIFF, JPEG, PNG),

including multipage TIFFs, as well as CMYKBasically PDF Render Center can convert all data formats into PDF. The only

condition is that on the server, where PDF Render Center is installed, also the software should be present, which can print this format on the RC printer. So, for example, for the conversion of the MS Office formats there should be an MS Office installed on the server. The installed software should also support the "Print to" shell function, i.e. the shell compatible printing mode in Windows.

Without format-specific software the ASCII text, RTF text and raster images (TIFF, JPEG, PNG, GIF, BMP) can be converted.Client and End User Software. In a local network PDF Render Center offers

different variants of its usage by the client users. It also concerns how the source and destination documents will proceed and where they will be stored. All these alternatives require no additional software on the working places. The conversion offers the following possibilities:

• Network printer: on the RC server a virtual printer will be shared, which can be installed at every network client as a network printer. It allows the end user to print his documents from his working place over any application. The printer jobs will be converted by the PDF Render Center on the server into PDF or PDF/A.

252

• Folder monitoring: the source documents will be collected in one folder on the server. The end user gets access to this folder from his system administrator (FTP or other access) and places his documents there. PDF Render Center checks the folder regularly and processes the files located in this folder.

• Virtual drive: on the client computer an additional disk drive with suitable software will be provided, into which the source documents can be copied. The documents will be automatically sent to the PDF Render Center for processing.

• Standard email client: the source documents will be sent from every client computer as the email attachments to the address set by the system administrator. As an email client the standard client will be used.

• Standard Web browser: the end user opens a Web page in a local network using his Web browser. The address will be set by the system administrator. The source document will be uploaded to this Web page on the server and will be converted into PDF or PDF/A there.

PDF Render Center Data Interface (incoming data flow). As PDF Render Center offers several possibilities of communication with the end user, the transfer of the source documents from the working place to the server can also be performed in different ways:

• Network printer/shared printer: not a source document will be sent, but a printing job. It will be performed by the standard printing system of Windows (Print Spooler). The system administrator should grant access to the shared network printer from other network computers.

• FTP folder/shared folder: the source documents (files) will be copied directly from the end user to the server. The system administrator creates a shared folder and defines access method and access rights for the end users.

• TCP/IP connection: here a virtual drive can be used. For that the system administrator should set a port on the server over which the access to the server from the network becomes possible. PDF Render Center opens and serves the port itself.

• Emails: the source documents can be sent by email as an attachment to a certain address. There is a special service in PDF Render Center, which receives and processes all emails, sent to a special address, defined by the system administrator (POP3 and IMAP4 protocols).

• Pseudo Web site: PDF Render Center also supports the HTTP protocol restrictedly. For that a port on the server is necessary. It should be set by the system administrator. The standard browser, for example Internet Explorer can communicate over the opened port. The Web browser loads a special page with a form, which allows the upload of a source document on the server.

At the automatic creation of source documents some of these methods can be also used by the applications, with which these documents are created.

Delivery of PDF Documents (outgoing data flow). The created documents (as a rule PDF files) will be automatically sent to the author of the source documents and

253

to the other possible recipients. At the same time several distribution kinds can be used to archive and/or print the documents. With PDF Render Center the system administrator has at his disposal the following possibilities to distribute created documents:

• Copy in a folder: the created file will be placed in a folder, set by a system administrator in a network or in a shared folder on the client computer.

• Email with an attachment: email with the destination file as an attachment will be created and sent to one or several addresses, which are set by an administrator. One of the addresses can be the own address of the author of the source document.

• TCP/IP connection: this method can be used only if the source document was also sent over the TCP/IP to the server.

• HTTP protocol: this method can be used only if the source documents were uploaded over a pseudo Web site. The user can download the ready documents from the same site.

• FTP protocol: the ready file will be placed into a FTP folder set by the administrator and can be downloaded there.

• Print: the ready document will be printed on a printer. Usually it is an alternative to the standard distribution (paperless).

• User-defined distribution: besides, in PDF Render Center it is planned to implement an easy integration with another software. So it is possible to introduce specific methods of post processing of documents in the enterprise for the specific workflow.

At the further usage of the destination documents some of these methods can be also used by the applications, which process these documents (for example by archiving).

Administration of PDF Render Center. PDF Render Center offers to a system administrator varied possibilities for the control of the program functions. The default settings are easy to understand and require no excessive actions. Of course the settings can be changed and adjusted according to the special requirements.

Three most important modules of PDF Render Center are:1. Kernel module: a system service is executed by the system account and

requires no registration of other users. The system service completely takes over the conversion of documents and the distribution of the source documents as well as the converted documents.

2. One or several virtual printer(s) (RC printers), which can be set locally or as network printer(s).

3. PDF RC Administrator – the application for the administration of the system service, the change of settings and the control of the log file(s). Only the user, who is logged on to the PDF Render Center server, can launch the program. It can also be performed over a Remote Desktop session.

254

PDF RC Administrator allows the system administrator to perform a wide range of actions with the RC system service - from stopping the service with a click up to individual settings for every user of PDF Render Center on the network. The user interface is programmed in the MS Office 2007 style, so it is carefully considered and structured.

УДК 004.9

PERFECT PDF 5 EDITOR – STREAMLINE EDITING AND DESIGN OF PDF FILES

Dr. Juri Stern, Managing DirectorSoft Xpansion GmbH & Co. KG , Bochum, Germany

dueckers@soft-xpansion.com

Perfect PDF 5 Editor has been developed to enable our users to carry out all important tasks that they might come across in connection with the editing of PDF files. Additionally, it is also possible to design completely new files from scratch. All this is possible both on 32-bit and on 64-bit computers.

The Perfect PDF family – products for all PDF-related tasks Perfect PDF 5 Editor is a member of the Perfect PDF product family. Its main

task is to edit existing PDF files and to enable the user to design completely new PDFs without source files or data in other file formats. Although the conversion of simple text files and of image files is possible in Perfect PDF 5 Editor, its sister product Perfect PDF Premium 5 can be used to convert any printable files from any other formats and from any print jobs.

Unique Selling Points of Perfect PDF 5 Editor:• Comprehensive set of features to edit PDF files and to create new PDF

documents from scratch (without a source document or source data). • Modern user interface (ribbon design, like in Microsoft Office 2007) makes it

more easy to navigate through the programme. Thanks to the new interface, the programme features and commands are grouped more clearly than in “classical” windows software.

• For more complex tasks, a contextual help system and information bars have been integrated into the programme. Therefore, in these cases it is not necessary to consult the help file and/or the manual.

• Separate windows for editing and commenting of PDF files as well as several reading views make it more easy to work with the software

• May be used both on 32- and on 64-bit PCs.Main Features and Benefits:

255

• Design PDF documents using empty or existing PDF files by adding texts, images or geometrical shapes

• Convert TXT, RTF or image files (BMP, JPEG/JPG, GIF, PNG, TIFF/TIF, EMF) into PDF documents

• Merge multiple PDF files into one PDF file• Display, print and search through PDF files• Protect documents using safe encryption techniques; restrict rights for editing,

printing and copying• Add, track and edit comments and annotations to facilitate collaboration• Merge PDF documents or separate pages from different PDF documents,

including links, comments • Edit and format texts, rearrange and adjust images and geometrical shapes• Edit the structure of the existing PDF files • Insert, track and edit bookmarks, links, comments, labels and marks• Add attachments and embed files (including video and audio files)• Insert backgrounds, watermarks, stamps, layers, headers and footers• Create, fill, print and save interactive PDF forms • Sign and certify PDF documents with digital signatures• Convert documents into the PDF/A format for archiving purposes• Send created PDF documents by e-mail • Modern user interface (Ribbon style)• Live Update enables users to easily keep the program up-to-date and to benefit

from improvementsSystem Requirements:

Pentium IV, 512+ MB RAM, 50 MB of hard disc space, Windows Vista/XP/Server 2003/2000 (32-bit or 64-bit versions), mouse. Activation of the software is obligatory, access to the Internet to perform it is recommended.

About soft XpansionSoft Xpanion is a globally active, international team of software writers,

developers, screen designers, engineers and product managers. The company was founded in 1995 and is headquartered in Bochum, Germany. In the past 14 years, more than 150 software products have been published in more than 200 different editions. Localized versions of soft Xpansion products are sold in Germany, Great Britain, France, Italy, USA, the Benelux countries, the Ukraine, Spain, Russia, Portugal, Australia and Turkey. The product range includes solutions (out-of the-box standard software, developer libraries, software development kits and individual programming) in the following areas: PDF technology, system utilities, document and database management, computer security. soft Xpansion is a full member of the PDF/A Competence Center, http://www.pdfa.org.

For further information on soft Xpansion, please refer to http://www.soft-xpansion.com.

256

СЕКЦИЯ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ

УДК 004.514.62

РАЗРАБОТКА СИСТЕМНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО ТЕРМИНАЛА КОНТРОЛЯ ПАВОДКОВОЙ СИТУАЦИИ

В.Ю. Коваленко, магистрант факультета электронно-информационных систем,

Д. А. Костюк, доцент кафедры ЭВМ и систем Брестский государственный технический университет, Беларусь

volodik666@gmail.com

В работе рассмотрен подход к решению задачи увеличения стабильности и уменьшения энергопотребления встраиваемой системы, используемой в качестве портативного терминала системы контроля паводковой ситуации. В системе, основанной на архитектуре ARM и работающей под управлением GNU/Linux, применены технологии виртуализации и персистентности для работы в условиях ограниченных аппаратных ресурсов.

An approach is presented to solving the problem of increasing stability and reducing energy consumption of embedded system, used as a portable terminal of the flood situation monitoring system. Technologies of virtualization and persistency are applied in a system based on the ARM architecture under GNU / Linux control, for work under the conditions of limited hardware resources.

Защита территорий от наводнений является важнейшей социально-экономической и хозяйственной проблемой. Особенно ощутимо, а в отдельные годы катастрофично для Белорусского полесья, влияние паводков проявляется в пойме Припяти и ее притоков. Проведение дорогостоящих противопаводковых мероприятий сокращает фактический ущерб от наводнений, однако полностью исключить наводнения в Полесье невозможно. Первоочередная задача состоит в минимизации ущерба посредством своевременной адаптации хозяйственной деятельности к возможным экстремальным условиям.

Один из методов частичного решения указанной проблемы – создание единой информационно-вычислительной системы по наблюдению и прогно-зированию наводнений, обрабатывающей и интегрирующей потоки данных ручных и автоматизированных измерений с гидропостов, а также мобильных измерительных точек, расположенных в пойме реки. Такая система будет выполнять расчет и визуализацию затопления территорий с учетом движения водных масс на основе данных от контрольных точек мониторинга и статистических сведений, а также нуждается в подсистеме терминального

257

доступа, позволяющей использовать портативные электронные устройства и систему позиционирования GPS для отображения паводковой ситуации (т. е. карт местности с показом затопления территорий) и прогноза развития паводка применительно к точке нахождения оператора, либо для автоматизированного ввода результатов изменений с автоматическим определением их геолокации и включением точки измерения в банк данных сервера. Структура системы мониторинга паводка показана на рис.1.

Рисунок 1

Мобильный терминал контроля паводка построен на базе специализированного ARM-планшета под управлением GNU/Linux и включает следующие типовые компоненты системного ПО:

• модули для взаимодействия с системами GSM и GPS;• модуль работы с энергонезависимой памятью;• системная графическая оболочка с модулями расширения,

обрабатывающая данные, выводящая их на экран и отслеживающая реакцию пользователя (может быть реализована в виде нескольких потоков и/или процессов).

Использование мобильных встраиваемых систем (ВС) имеет значительные отличия от эксплуатации традиционных и стационарных систем: в первую очередь, для них характерны отсутствие поддержки, возможности оперативного диагностирования и отладки приложений, восстановления системы (переустановка, изменение системных настроек), повышенные требования к устойчивости из-за критичности получаемых данных и недопустимость их потери.

Для платформы GNU/Linux, благодаря ее длительному доминированию в сегменте серверов, сравнительно легко реализуется ряд подходов, обеспечивающих изоляцию отдельных программных компонент и повышающих общую надежность функционирования системы. В настоящей

258

Датчик уровня воды Датчик уровня воды

GSM

Обработка результа-тов стационарным

компьютером

CAN

Измерительная система с контроллером,

обрабатывающим результаты замеров

GPS

Мобиль-ный тер-минал

работе мы рассматриваем адаптацию для нужд мобильного терминала контроля паводка двух таких подходов: виртуализации и персистентности. Первый направлен на защиту ядра ОС от приложений, и их самих друг от друга. Второй – на сохранение данных, быстрое восстановление работы и обеспечение многозадачности в условиях недостатка ресурсов, характерных для ВС, применяемых в условиях малого объема памяти и невысокой вычислительной мощности, характерной для используемого аппаратного обеспечения [1].

1. Технология виртуализацииВиртуализация — запуск приложения в изолированной среде, т. н.

«песочнице» (от англ. sandbox), когда его действия жестко контролируются виртуальной машиной (ВМ). Приложение изолировано от других программ и взаимодействует с ними через специальные интерфейсы, а доступ к ресурсам (памяти, портам и т. д.) инкапсулируется и также находится под контролем.

Можно выделить схожую технику изоляции, реализованную, в частности, в «тюрьмах» (jails) ОС FreeBSD и lxc-контейнерах ОС GNU/Linux. Вместо полноценной ВМ создается изолированное пространство, в рамках которого программа имеет полный контроль, но выйти за которое не может, имея доступ к ограниченным областям ОЗУ и др. ресурсов. Эти методы позволяют свести накладные расходы к минимуму и выгодно отличаются от варианта классической виртуализации: компиляции времени исполнения, интерпретации, паравиртуализации [2, 3].

Полноценная аппаратная или паравиртуализация неприемлема в данной задаче из-за объема потребляемых ресурсов. Поэтому было решено использовать метод изоляции, который позволяет значительно повысить производительность и скорость отклика системы [4].

Контейнеры представляют собой специальные изолированные области, как в оперативной памяти, так и на жёстком диске (который в нашем случае представлен в виде FLASH-накопителя) без возможности доступа к внешним, по отношению к ним, ресурсам и данным. Это справедливо и для такого критически важного параметра, как процессорное время. Среди существующих реализаций изоляции нами выбрана для использования технология lxc (linux conteiners), как вариант, полностью отвечающий предъявленным требованиям.

Механизм контейнеров применен следующим образом: в качестве гипервизора выступает системная графическая оболочка, через меню которой происходит управление устройством. При выборе определённого пункта, который, по сути, является отдельной программой, запускается контейнер, в свою очередь запускающий программу. Взаимодействие между процессами реализовано через прикладную коммуникационную библиотеку и потому не нарушает изоляцию. Визуализация данных, т. е. отображение результата работы, выполняется системной оболочкой (рис. 2).

Такой подход увеличивает общую стабильность системы. Однако становятся необходимыми меры, компенсирующие дополнительные затраты

259

производительности и энергопотребления. Для этого может использоваться следующая технология.

Рисунок 2

2. Персистентнойсть приложений.Для снижения энергопотребления могут применяться различные способы.

Например, перевод процессора в спящий режим, при котором энергопотребление становиться минимальным, либо в режим ограниченной функциональности, когда отключаются различные блоки, не востребованные в данный момент, либо отключение питания периферийных компонентов, в которых нет необходимости. Одной из программных технологий, находящихся в русле данного подхода, является персистентность – возможность сохранения общего состояния приложения на время, когда оно не используется непосредственно. Для сохранения состояния приложения требуется:

• сохранить временные данные из оперативной памяти;• состояние процессора;• файлы, которые этот процесс создал (т. е. ссылки на их расположение в

файловой системе, которые затем будут возвращены приложению);• состояние ВМ, если приложение было запущено в изолированной среде.

Сумму этих компонентов можно назвать образом процесса. Когда требуется запуск приложения, образ восстанавливается в памяти, и программа продолжает выполнение с того места, где она была прервана. Использование ВМ значительно облегчает эту задачу, поскольку ресурсы и данные приложения находятся под контролем. Суть использованного нами решения в том, что сохраняется определенный контейнер, а затем восстанавливается без потери

260

Загрузка и отображение системной информации

Отображения карт

Формирование изображенияНакопление

и обработка данных

Драйвер GPS

Драйвер GPS

Визуализация данных

Обработка данных

Карты Режим “сна”

Накоплениеи обработка

данных

Драйвер GPS

Системнаяграфическая

оболочка

Отображения карт

Формирование изображения

Визуализация данных

Системнаяграфическая

оболочка

результата. Реализация основана на подсистеме cryopid, которая в полной мере отвечает поставленным задачам.

Можно упомянуть следующие преимущества использованного подхода:• процесс, выполняющий обработку порций данных, длительное время

может находится в состоянии ожидания и может быть сохранен а затем восстановлен при поступлении очередной порции;

• это удобный способ при достижении критически низкого заряда батареи, позволяющий быстро сохранить приложения, или оставить только самые важные, не потеряв результаты работы остальных;

• при необходимости можно поочередно работать с несколькими «тяжелыми» процессами, которым не хватает ресурсов для параллельной работы, пользователь может чередовать их образы в памяти, по необходимости обеспечивая корректную работу обоих.

Управление на уровне системного меню является прозрачным для пользователя (при смене активного приложения «старое» сохраняется, а новое восстанавливается автоматически). Этот процесс, однако, приводит к незначительной временной задержке при отображении, но, поскольку смена происходит не так часто, значительного влияния на удобство использования данный факт не оказывает, обеспечивая при этом существенные преимущества: «псевдопараллельный» режим работы (когда несколько программ работают не в параллельном режиме, но при этом процессы не завершаются, и не требуется выполнение дорогостоящих системных вызовов и повторной инициализации процесса); снижение энергопотребления за счёт возможности уменьшения нагрузки на вычислительные мощности.

Литература:1. Коваленко В.Ю. Архитектура портативного терминала для системы

мониторинга паводка на базе платформы GNU/Linux // Сборник конкурсных научных работ студентов и магистрантов. Ч. 1. – Брест, БрГТУ, 2011. – Стр. 69–71.

2. Калиновский Р.В. Технология виртуализации для смартфонов // Сб-к конкурсн. научн. работ студентов и магистрантов, ч.1. Брест, 2007. – С. 99-102.

3. Костюк Д.А., Дереченник С.С. Построение прозрачных виртуализованных окружений для изоляции уязвимых программных систем. // Комплексная защита информации: матер. XVI научно-практич. конф. Гродно, 17-20 мая 2011г. – С. 209-212.

4. Коваленко В.Ю. Обеспечение повышенной надежности и длительности работы программного обеспечения встраиваемых систем на базе ОС GNU/LINUX // Материалы 8-й Международной молодёжной НТК «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2012». – Севастополь, 2012. – С. 369.

261

УДК 373.5.016:004

СВОБОДНЫЕ ВЕБ-РЕДАКТОРЫ ПРИ ОБУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКЕ В ШКОЛЕ

А. B. Моисеев, студент физико-математического факультета А. Е. Самарина, доцент кафедры информационных технологий

Смоленский государственный университет, Россияa.e.samarina@gmail.com

В работе проведен сравнительный анализ свободного программного обеспечения, которое может быть использованы при обучении веб-дизайну в курсе информатики в школе. Описаны веб-редакторы и их качества.

A comparative analysis of open source software, which can be used in teaching web-design in the course of computer science in schools. Web-editors and their quality are described.

В настоящее время во многих школах нашей страны актуальна проблема

перехода на свободное программное обеспечение. Миграция на свободное программное обеспечение (СПО) — замена собственнического (проприетарного) программного обеспечения (с закрытым исходным кодом) на свободные аналоги с целью повышения безопасности и снижения зависимости от производителя-разработчика, оптимального выбора и настройки ПО для решения конкретных задач. На практике часто переход на свободное ПО позволяет снизить стоимость используемых программных средств.

Особое значение имеет миграция на свободную операционную систему, поскольку это в значительной степени определяет приложения, которые в дальнейшем будут устанавливаться и использоваться. В нашем случае переход многих российских школ на ОС Linux определяет выбор приложений, которые можно использовать для веб-дизайна. Веб-дизайн не только включен в школьную программу по информатике, но и интересен детям сам по себе. Это направление перспективно и для будущей профессиональной деятельности школьников.

Веб-дизайн — отрасль веб-разработки и разновидность дизайна, в задачи которой входит проектирование пользовательских веб-интерфейсов для сайтов или веб-приложений. Веб-дизайнеры проектируют логическую структуру веб-страниц, продумывают наиболее удобные решения подачи информации, а также занимаются художественным оформлением веб-проекта.

Базовые знания по веб-дизайну приобретаются в школьном курсе информатики. Вопросы, связанные с изучением языка HTML и созданием сайтов, являются важной частью курса. Эта тема актуальна в наши дни:

262

огромное количество людей пользуется интернетом; бизнес, образование, всё перемещается в виртуальную сеть, поэтому школьное увлечение веб-дизайном в будущем может перерасти в профессию. Рассмотрим, в каких классах и в каком объёме веб-дизайн изучается в российских школах.

Согласно примерной программе по информатике и информационным технологиям в 11 классе изучаются темы, связанные с веб-разработкой.

Инструментальные средства создания веб-сайтов. Разработка веб-сайта на заданную тему. Знакомство с инструментальными

средствами создания веб-сайтов. Форматирование текста и размещение графики. Гиперссылки на веб-страницах. Тестирование и публикация веб-сайта [1].

По учебнику Н.Д. Угриновича [2] веб-дизайн изучается в 8 классе общеобразовательной школы и включает следующие вопросы:

Веб-страницы и веб-сайты. Структура веб-страницы. Форматирование текста на веб-странице. Вставка изображений в веб-страницы. Гиперссылки на веб-страницах. Списки на веб-страницах. Интерактивные формы на веб-страницах.

Ученикам предлагается выполнить практическую работу по разработке сайта с использованием языка разметки текста HTML.

В учебнике Н.В. Макаровой [3] веб-дизайн изучается в 9 классе и включает вопросы:

Основные элементы веб-документа. Этапы разработки веб-сайта. Создание веб-сайта в различных приложениях. Язык разметки гипертекста HTML. Веб-страница с графическими объектами. Веб-страница с гиперссылками.

Аналогичным образом дело обстоит и в учебниках других авторов. Основными знаниями являются знания о языке разметки HTML, умения создавать с его помощью веб-страницы и сайты, содержащие текст, графику, таблицы, списки, ссылки и т.п. Учащиеся должны уметь применять также инструментальные средства. Таким образом, веб-дизайн - важная часть школьного курса информатики.

Ранее для создания веб-сайтов в школе можно было использовать программу MS FrontPage, дополняющую лицензионный пакет MS Office. Этот вариант теперь исключается, поэтому необходимо рассмотреть, какие средства ОС Linux могут быть использованы для веб-дизайна в связи с переходом школ на СПО. Для этого существуют различные веб-редакторы: asWedit, Bluefish, KDreamsite, Kompozer, Quanta Plus. Рассмотрим наиболее удобные и доступные из них.

Программа Kompozer — свободно распространяемое приложение, редактор веб-сайтов. Kompozer - это кроссплатформенное приложение, которое одинаково легко запускается как в Windows, так и в Linux и MacOS. Этот редактор удобен для начинающих, хотя имеет достаточные средства и для более опытных веб-дизайнеров. Имеет стандартный интерфейс (рис. 1), все меню на русском языке.

263

В верхней части окна программы имеется основное меню с обычными вкладками (Файл, Правка, Вид, Вставка и т.п.).

Рисунок 1

Ниже находится панель для выполнения файловых операций и вставки основных объектов веб-страницы (Ссылка, Изображение, Таблица, Формы и т.п.) Имеются панели редактирования текста, окно создаваемого документа и менеджер сайта.

Kompozer можно использовать для создания сайтов как в качестве WYSIWIG-редактора, так и для правки непосредственно HTML-кода (для переключения между режимами есть вкладки в нижней строке окна). Есть возможность совместить эти два представления HTML-документа на одном экране. Интерфейс программы довольно удобен, позволяет одновременно работать с несколькими страницами, открытыми в разных вкладках. Такая программа легко может быть освоена школьниками.

Следующая программа - Bluefish Editor — свободный текстовый редактор с подсветкой синтаксиса, предназначенный, в первую очередь, для веб-дизайнеров. Имеются его версии для Windows и Linux.

В интерфейсе программы Bluefish Editor в программном окне, похожем на окно Kompozer, можно увидеть основное меню с активными кнопками (рис. 2). Ниже располагаются панели инструментов: стандартная панель, шрифты,

264

форматирование, таблицы, фреймы, формы, список, СSS, HTML5 для управления свойствами элементов веб-страницы. Основную часть окна занимает рабочая область программы.

Рисунок 2

Среди возможностей программы можно упомянуть настраиваемую подсветку синтаксиса, проверку орфографии HTML-страниц, автодополнение HTML-тегов, складывающиеся блоки кода, подсветку начала и окончания тегов для соответствующих блоков. Удобно наличие неограниченного количества шагов для отмены и возврата совершенных действий. Имеются подсказки для многих HTML-тегов с их атрибутами [4]. Поддержка языков HTML, PHP, C, Java, JavaScript и других может применяться при углубленном изучении информатики.

Редактор Bluefish является, пожалуй, самым легковесным и быстрым, что подтверждается тем фактом, что именно он в качестве базового средства для веб-разработки включён в дистрибутив ALT Linux Light (Лёгкий) для самых маломощных компьютеров. Bluefish не является WYSIWYG-редактором, то есть редактирование возможно только в режиме HTML. Для школьника, возможно, это недостаток.

Quanta Plus — свободный HTML-редактор. В отличие от предыдущих, редактор ориентирован только на ОС Linux, включён в дистрибутивы ALT

265

Linux, Ubuntu, Mandriva, Fedora. Quanta Plus имеет стандартный для веб-редакторов интерфейс: стандартное меню, ряд активных кнопок с возможностью переключения из визуального режима в режим HTML, панели инструментов и рабочая область.

Рисунок 3

Quanta Plus располагает богатыми возможностями для создания и редактирования кода и текста: автоматический ввод основных HTML тегов и их атрибутов; подсветка синтаксиса; автодополнение кода; визуальный редактор веб-форм и страниц; предварительный просмотр веб-страницы и многое другое [5].

Quanta Plus весьма мощный редактор и обладает даже большими возможностями, чем нужно для обучения школьников. Его интерфейс гораздо сложнее, чем у Kompozer или Bluefish.

Таким образом, можно отметить, что существуют свободные альтернативы лицензионным веб-редакторам, которые вполне подошли бы для обучения информатике в школе. Наиболее мощным нам показался редактор Quanta Plus, имеющий возможности для работы в режиме WYSIWYG и подсветку синтаксиса, минусом которого можно считать ориентацию только на Linux.

266

Bluefish имеет русифицированный интерфейс и является кроссплатформенным, но не имеет режима WYSIWYG. Вероятно, Kompozer следует считать промежуточным решением: WYSIWYG-редактор, автозаполнение тэгов и кроссплатформенность.

Все рассмотренные веб-редакторы прекрасно подойдут для изучения основ веб-дизайна в курсе информатики в школе, выбор программы будет зависеть от установленной операционной системы и мощности компьютеров. Современный учитель информатики должен уметь использовать свободные веб-редакторы и их свойства, чтобы иметь возможность сделать выбор.

Литература:1. Примерная программа основного общего образования по информатике и

ИКТ. 2. Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ. Учебник. 8 класс. 2009.3. Макарова Н.В. и др. Информатика и ИКТ. Учебник. 8-9 класс. 2012.4. Машковцев И.В. Создание и редактирование Интернет-приложений с

использованием Bluefish и QuantaPlus (ПО для создания и редактирования Интернет-приложений): Учебное пособие. – Москва: 2008.

5. Хадсон Э. Сравнение. Веб-редакторы. //"Linux Format". 2009. №02 (115). С.18.

УДК 004.4

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАГРУЗОЧНЫХ USB УСТРОЙСТВ С LINUX ПОДОБНЫМИ ОПЕРАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ

Е. О. Горбенко, студентка электротехнического факультета, Е. Р. Алексеев, профессор кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаkatyonka.gorbenko@yandex.ru

В работе рассмотрены программные средства, которые позволяют создавать загрузочные USB-накопители с Linux подобными дистрибутивами. Описаны возможности каждого приложения.

We have analyzed the software used to create bootable USB flash drives with Linux-based distributions. We have described the features of each application.

Создание загрузочных USB-устройств является актуальным в наше время. Загрузочное USB-устройство является единственным способом установить опе-рационную систему на компьютер без оптического привода. В свою очередь

267

USB-носитель с операционной системой позволяет переносить с собой опера-ционную систему, прикладное программное обеспечение и данные.

Linux – Unix-подобная операционная система, не имеющая единой комлек-тации, распространяющаяся в виде ряда различных готовых дистрибутивов, имеющих свой набор прикладных программ и уже настроенных под конкрет-ные нужды пользователя [1].

Существует достаточное количество свободных и кроссплатформенных программ, для создания загрузочных и мультизагрузочных USB-устройств с ОС семейства Linux.

Универсальная команда UNIX dd [2] предназначена для различных опера-ций (в основном копирование и конвертация) с входными и выходными данны-ми на дисках, USB-устрайствах и др. (на всём что содержит файлы). Данная ко-манда вводится в терминале Linux с правами суперпользователя (sudo). Для со-здания загрузочного USB-устройства вводится следующая команда [3]:

sudo dd if=/path/image of=/dev/sdc Где path – путь к образу дистрибутива, image – сам образ, который мы будем за-писывать на устройство в разделе sdc (в нашем случае устройство находится в разделе sdc, данный раздел может быть иным).

Данная команда позволяет не только создавать загрузочные USB-устрой-ства, но и работать с файлами, данными и образами. Перед её использованием необходимо определять расположение устройства в системе при помощи fdisk (sudo fdisk -l), Gparted либо другой команды.

Команда dd довольно «маленькая программа», способная выполнять комплексные задачи быстро и эффективно, которые, на первый взгляд, должны выполнять специальные программы.

UNETBOOTIN – кроссплатформенная (есть в репозиторих многих дистри-бутивов Linux, также есть windows версия [4]), свободная утилита для создания загрузочных USB-устройств. Основное окно программы приведено на рис. 1.

Утилита позволяет либо выбрать iso-образ, либо скачать один из поддержи-ваемых утилитой дистрибутивов. В данный момент утилита поддерживает современные операционные системы: Ubuntu, Debian, Linux Mint, openSUSE, Arch Linux, Damn Small Linux, SliTaz, Puppy Linux, gNewSense, FreeBSD, NetBSD, Fedora, PCLinuxOS, Sabayon Linux, Gentoo, MEPIS, Zenwalk, Slax, Dreamlinux, Elive, CentOS, Mandriva, FaunOS, Frugalware Linux, xPUD, FreeDOS, а также их разновидности.

Особенностью программы является то, что при установке операционной системы она не форматирует данные на USB-устройстве. Благодаря этому можно установить операционную систему и пользоваться USB-устройством не только в качестве носителя данных. Данная утилитам автоматически определяет все съёмные устройства в системе. Программа работает как в Windows, Linux и в MacOS, поддерживает работу со многими официальными дистрибутивами и их «клонами», а также работу со многими системными утилитами (Parted

268

Magic, Super Grub Disk, Backtrack, Ophcrack, NTPasswd, Gujin, Smart Boot Manager (SBM)).

Рисунок 1

LINUXLIVE USB CREATOR [5] является свободным приложением для ОС Windows. Программа позволяет:

• создавать загрузочные USB-устройства с множеством дистрибутивов Linux, основными являются: Linux Mint, Fedora, Open Xange, Parted Magic, Gparted Live CD, Clonezilla Live CD, Sabayon 9, Lightweight Portable Security, KNOPPIX др (полный перечень поддерживаемых дис-трибутивов можно найти на сайте программы [6]);

• проверять используемый дистрибутив на наличие ошибок;• форматировать USB-устройства в формате FAT32.

Загрузка дистрибутива на USB-устройство состоит из 5 этапов, приведен-ных сразу в меню программы (рис.2). Необходимый нам дистрибутив выбирает-ся 3мя способами: скачать образ, указать путь к файлу формата iso, img, zip (ар-хив папки с образом) или путь к CD-диску. Чтобы программа не только инстал-лировала дистрибутив Linux, но и выполняла функцию переноса данных, необ-ходимых для работы (т.е. на данном устройстве было постоянное количество места для хранения различных данных), нужно в пункте 3 (рис.2) выбрать необ-ходимый размер устройства (следует помнить, что данный размер в дальней-шем не будет изменяться).

269

Рисунок 2Программа предназначена для создания операционной системы (как дис-

трибутива Linux, так и ОС Windows) на USB-устройстве исключительно в Win-dows. Позволяет сохранять данные и устанавливать программное обеспечение на одно и тоже устройство. Красочный интерфейс, поддержка русского языка, пошаговый мастер, регулярное обновление утилиты с дальнейшей поддержкой новых версий дистрибутива несомненно являются огромными плюсами данной утилиты.

MULTISYSTEM [7] – свободная мультиязычная программа, предназначен-ная для создания мультизагрузочной флешки. Поддерживает множество дистри-бутивов Linux, такие как : Ubuntu, Debian, Fedora, Kiwi Linux, KNOPPIX, Lin-uxMint и другие [8]. Через меню grub4dos доступны следующие ОС: Acronis True Image, Antix, avast-bart-cd, BartPE, RD.Commander.6.0 (Vista / Seven), ERD.Commander.5.0 (XP), FreeDos 1.0, G DATA BootCD, HDClone (iso), Hiren'BootCD, Kaspersky, KillDisk, Kolibri OS, Kon-boot, MenuetOS, My Windows 7 Builder, NT Password Registry Editor, Pcinspector e-Maxx, Pcinspector clone-maxx, ReactOS, ShadowProtect, UBCD4Win, Ultimate Boot CD ubcd4/5, Windows

270

XP, NLite, Xen Live CD. Через меню в Syslinux можно установить такие ОС: beakOS, PLD RescueCD, Porteus, Slax, SliTaz, Wifislax, wifiway, Windows Vista, Windows 7, Windows 7/Vista Recovery Discs. Программа позволяет при необхо-димости форматировать USB-устройство.

Для добавления ppa в репозиторнй любого дистрибутива на основе Ubuntu или Debian, необходимо в терминале ввести следующие команды [7]:sudo apt-add-repository 'deb http://liveusb.info/multisystem/depot all main'wget -q http://liveusb.info/multisystem/depot/multisystem.asc -O- | sudo apt-key add -sudo apt-get updatesudo apt-get install multisystem

Для пользователей дистрибутивов на основе Debian, после установки мультисистемы , необходимо добавить $ USER ADM Group:sudo usermod -a -G adm "$SUDO_USER" где SUDO_USER – имя суперпользователя.

Рисунок 3После установки MultiSystem можно скачать модуль Plop Boot Manager в

разделе Non-Free. Plop Boot Manager [9] – программа для загрузки различных операционных систем, помогает увидеть USB-устройство даже если его не ви-дет bios (так как существует достаточно большое количество компьютеров, ко-торые не имеют возможности загрузки с USB).

271

Главным преимуществом MultiSystem является возможность создания именно мультизагрузочных USB-устройств с несколькими дистрибутивами. Для этого необходимо просто добавить скачанный образ или образы в меню про-граммы (рис. 3). Весьма удобным является возможность редактирования списка дистрибутивов на загрузочной флешке без предварительного форматирования. При работе с мультизагрузочным USB-устройством пользователь может исполь-зовать одну флешку для работы с несколькими операционными системами.

Особенностью этих программ есть не только их свободное использование, но и сама возможность выбрать и установить на компьютер дистрибутив Linux, который подходит именно вам.

Литература:1. Linux – Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Linux (дата

обращения: 11.04.2012).2. dd – Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/dd (дата обращения:

10.05.2012).3. Изучаем команды Linux: dd. URL: http://rus-

linux.net/MyLDP/consol/dd.html4. Unetbootin - Homepage and Downloads. URL:

http://unetbootin.sourceforge.net/ (дата обращения: 13.10.2011).5. LinuxLive USB Creator. URL: http://www.linuxliveusb.com/ (дата

обращения: 12.05.2012).6. Supporting Linux distributions. URL: http://www.linuxliveusb.com/en/sup-

ported-linuxes (дата обращения: 10.05.2012)7. MultiSystem, LiveUSB, MultiBoot, Ubuntu. URL: http://www.liveusb.info/

(дата обращения: 10.05.2012).8. OS Supportés – LiveUSB MultiBoot.. URL:

http://www.liveusb.info/dotclear/index.php?pages/os (дата обращения: 10.05.2012)

9. Plop – Home – Free Boot Manager with lot of features like USB, CDROM, partition hading and much more. Plop Linux bootfrom CD, USB PXE. Net-work and much more. URL: http://www.plop.at/en/home.html (дата обращения: 10.05.2012)

УДК 004.4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ LaTeX ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ДОКУМЕНТОВ СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ

Н. А. Матвиенко, студентка немецкого технического факультета,Е. Р. Алексеев, профессор кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаmatvienkonatalya@gmail.com

272

В статье рассмотрены основные возможности системы компьютерной верстки LaTeX, её преимущества, основные функции при использовании для создания книг, брошюр, статей, отчётов.

The article describes the main features of computer typesetting LaTeX, its advantages, the main function of the use to create books, brochures, articles and reports.

Последние годы программное обеспечение развивается с невероятной скоростью. Однако, по прежнему текстовые процессоры (MS Office Word, LibreOffice Writer и др.) остаются не только основным средством для набора текстов сложной структуры, но и зачастую используются, как системы вёрстки книг, сборников статей и т. д. Такой подход не совсем рационален. В текстовых процессорах сложно набирать сложные формулы, работать с документами сложной структуры. Качество книг, подготовленных с помощью текстовых процессоров также оставляет желать лучшего. В данной работе авторы предлагают для подготовки документов сложной структуры использовать LaTeX. Система компьютерной верстки LaТеХ предназначена для подготовки документов к печати. При работе с LaТeХ пользователю не стоит задумываться об оформлении. Еще одним преимуществом данной системы является лучшее качество оформления текста и формул, чем у текстовых процессоров.

Именно с использованием LaTeX готовят книги, которые потом издаются в Addison-Wesley, Cambridge University Press, Elsevier, Oxford University Press и Springer. Наиболее успешно LaTeX применяется при работе с математическими и техническими текстами, поскольку в первую очередь предназначен для работы с математическими символами и формулами. Многие научные журналы требуют от своих авторов статьи, подготовленные именно в LaTeX.

LaΤeΧ – набор расширений системы компьютерной вёрстки TeX, которая была разработана американским профессором информатики Дональдом Кнутом в целях создания компьютерной типографии. В неё входят средства для секционирования документов, для работы с перекрёстными ссылками, формулами и рисунками.

LaTeX имеет собственный язык разметки, при помощи которого пользователь может редактировать текст, задавать его параметры, вставлять рисунки, создавать математические формулы. Создавать высококачественные формулы не так уж сложно, и поэтому LaTeX является одним из самых популярных. Система также ориентирована на создание книг, брошюр, журналов и буклетов.

К его преимуществам можно отнести следующее:• LaTeX – свободное кроссплатформенное программное обеспечение;• в LaTeX можно создавать формулы очень сложной структуры;• высокое качество конечного документа;

273

• встроенная в LaTeX автоматическая нумерация объектов делает его удобным при подготовке документов сложной структуры, таких, как книги и отчёты.

К особенностям LaTeX следует отнести сложность его освоения по сравнению с текстовым процессором, по существу LaTeX представляет собой «язык программирования разметки текста». Также пользователь не видит сразу конечный документ. Подготовленный пользователем текстовый документ LaTeX преобразовывает в документ формата, подготовленного к печати (pdf, ps).

Студентам и инженерам данная программа может пригодится в создании научных работ, статей для журналов.

Для установки LaTeX в debian-подобных ОС семейства Linux, достаточно установить пакет texlive-full. Для работы с LaTeX необходим специализированный текстовый редактор, одним из самых расспростанённых и удобных является – texmaker. Программа поставляется с обширным справочным руководством и входит в состав большинства современных дистрибутивов Linux. Таким образом, для работы в LaTeX в любой debian-подобной операционной системе семейства Linux достаточно установки двух пакетов texlive-full и texmaker. Следует помнить, что texlive-full – достаточно большой пакет. Установка в Windows осуществляется несколько сложнее, подробную инструкцию можно найти на сайте http://bitiak.narod.ru/MiKTeX.html.

Структура стандартного документа LaТeХ имеет вид:

\documentclass[10pt,a4paper]{article}\usepackage[utf8]{inputenc}\usepackage{ucs}\usepackage[russian]{babel}\begin{document}Текст документа в формате TEx\end{document}

где: \documentclass[10pt,a4paper]{article} — первая строка с которой

должен начинаться документ. В ней указывается размер шрифта (10pt), формат листа (a4paper), и тип документа. Типы документов в TeX: article (статьи), letter (деловые письма), book (книги), report (небольшие книги, статьи, разбитые на главы), beamer (доклады).

usepackage[utf8]{inputenc} и \usepackage{ucs} – вводятся до подключения пакета русского языка, и используется для указания кодировки, используемой при русскоязычном наборе.

\usepackage[russian]{babel} — строка, загружающая пакеты , которые позволяют использовать русский язык. Команда babel меняет английские заголовки на русские.

274

Команда после которой можно писать текст, вводить формулы, а также делать таблицы – \begin{document}. В конце документа обязательно должна идти команда \end{document}, которая завершает работу.

Основная работа в LaTeX – работа с текстом. Набирать текст возможно только набрав стандартную структуру документа, с новой строки, без каких-либо дополнительных команд.

Работа в LaТеХ ориентирована на использование стилей и изменение вида и размера шрифта, и благодаря специально разработанной системе METAFONT можно получить документ высокого качества.

Основные команды изменения внешнего вида шрифта:• полужирный - \textbf{}• для выделения (очень схож с курсивом) - \emph{}• курсив - \textit{}

Команды для изменения размера шрифта текста от самого маленького до самого большого:

\tiny

\scriptsize

\footnotesize

\small

\normalsize

\large

\Large

\LARGE

\huge

\Huge

Рассмотрим пример несложного документа, который демонстрирует работу со шрифтами.

275

\documentclass[12pt,a4paper]{article}\usepackage[utf8]{inputenc}\usepackage[russian]{babel}\usepackage{ucs}\begin{document}\textbf{Лондон} — столица \textit{Соединённого Королевства Великобритании} и \emph{Северной Ирландии}, а также Англии, крупнейший город на Британских островах. Площадь мегаполиса составляет 1706,8 км^2. Население более 8 млн чел. По населению город занимает 18-е место в мире, 2-е в Европе, и первое в Великобритании.\\\end{document}

Выходной документ будет выглядеть таким образом.

Для создания заголовков разделов и подразделов в LaТеХ используются секции section и subsection соответственно. Эти секции уже имеют собственное оформление — выравнивание по левому краю и нумерование арабскими цифрами.

Пример:

\section{Название}\subsection{Происхождение названия}\subsection{Неофициальные названия Лондона}

На экране выходного документа мы увидим

Нумерация в данной системе подключена автоматически, и её настройки изменяются в зависимости от класса документа. Если на определенной странице нужно убрать нумерацию, существует команда

276

\thispagestyle{empty} (пишется непосредственно на самой странице), а при необходимости отключить нумерацию во всем документе следует использовать команду \pagestyle{empty} (пишется в самом начале документа).

Абзац обычно начинается с красной строки. Чтобы сделать абзац в LaTeX, следует отступить одну строку. Если нужно начать абзац не с красной строки, то следует использовать команду \noindent.

При работе с таблицами надо учитывать, что существует два окружения для таблицы: \begin{table}...\end{table} и \begin{tabular}{|c|} ...\end{tabular}. Первое используется в случае, когда нужно оформить заголовок таблицы, а второе – для создания самой таблицы. Создание таблицы всегда начинается с команды \begin{tabular}{|c|r|l|}. Во второй фигурной скобке мы указываем количество столбцов, вертикальные линии показывают отделение линией столбцов, а c, r и l, обозначают выравнивание по центру, правому и левому краям соответственно. Чтобы отделить одну строку таблицы от другой, следует ввести команду \hline, а каждая строка таблицы заканчивается символом \\. Для объединения нескольких колонок в одну, следует использовать команду \multicolumn{количество объединяемых столбцов}{выравнивание и отделение линией столбцов}{текст}.

Рассмотрим пример стандартной таблицы:

\begin{document}\begin{tabular}{|c|c|c|}\hline\multicolumn{3}{|c|}{Первое полугодие}\\\hlineМесяц&1 цех(т/час)&2 цех(т/час)\\\hlineЯнварь&3&2\\\hlineФевраль&5&8\\\hlineМарт&2&2\\\hlineАпрель&2&2\\\hlineМай&3&5\\\hlineИюнь&4&3\\\hlineВсего&&41\\\hline\end{tabular}\end{document}

Выходной документ приведён на рис. 1.

277

Рисунок 1LaTeX удобен прежде всего при создании сложных формул. Формулы

внутри текста следует набирать в среде math. Если формула должна быть на отдельной строке, и без нумерации, существует функция Display Math Mode. Но если вам нужна будет их нумерация, следует подключить окружение equation, и каждая формула в документе будет автоматически пронумерована. В формулах используется символы:^ – для набора верхнего индекса, _ – для набора нижнего индекса.

Рассмотрим примеры создания формул:1. Строка в LaТеХ для набора простой формулы 5×9+ 100=145 имеет

вид: \[5 \times 9+100=145\]На экране пользлватель увидет:

2. Для получения системы уравнений

{x2+ 2=6

x2+ 3=4

можно использовать следующий LaTeX фрагмент:

$$ \left\{\begin{aligned}x^2+y^2&=7\\x+y & = 3.\\\end{aligned}\right. $$

На экране мы увидим:

278

Для набора данной формулы, нам понадобилось окружение aligned, с помощью которого мы получили систему уравнений. Два знака $ обозначают, что формула в документе без автоматической нумерации.

3. Для создания формулы

l=l 0√(1−v 2

c2)можно использовать строку LaTeX:

\[l=l_0 \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}\]

Команда sqrt обозначает квадратный корень из числа, а frac{числитель}{знаменатель} — дробь.

В результате на экране получим:

4. Строку LaТеХ

\[W_k=\frac{mA^2\omega_0^2}{2}\cos(\omega_0 t+\varphi_0)\]

можно использовать для создания формулы кинетической энергии колеблющейся точки

W k=mA2ω 0

2

2sin(ω 0t+ ϕ 0)

здесь\omega — греческая буква ω\varphi — греческая буква φВ результате на экране формула примет вид

Команда \int используется для обозначения интеграла. Если же нам нужен определенный интеграл, то команда имеет вид \int_{начальное значение}^{конечное значение}.

5. В качестве примера наберем формулу интегрирования по частям ∫UdV=UV −∫VdU

Фрагмент на TeX имеет вид

\[\int UdV=UV-\int VdU\]

279

На экране увидим

Строка LaTeX

\[\int_{1}^{3}cos x dx\]

формирует в выходном документе определённый интеграл

Для вставки рисунка в документ, следует подключить \usepackage{graphicx}

и использовать команду\includegraphics[width=ширина изображения mm]{имя файла}. В квадратных скобках нужно указать ширину вставляемой картинки в

миллиметрах, а в фигурных – имя файла изображения без указания расширения. Само изображение следует поместить в одну папку, или указать путь к нему от папки с данным документом, иначе программа выдаст ошибку.

Пример использования (рис. 2):

\includegraphics[width=100mm]{flowers}

Рисунок 2

Выше были рассмотрены некоторые возможности ТеХ, которые чаще всего встречаются при работе с математическими и техническими текстами. Большой

280

популярностью система пользуется в издательском деле, в создании статей, научных работ.

LaTeX можно рекомендовать использовать при написании книг, статей, методичек, отчётов по лабораторным работах, курсовых и дипломных работ.

Литература:1. Львовский С. М. Набор и верстка в системе LaTeX. - М.: МЦНМО, 2003. -

448 с.2. Беляков Н. С., Палош В. Е., Садовский П. А. ТеХ для всех: Оформление

учебных и научных работ в системе LaTeX. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 208 с.

3. Роженко А. И. Искусство верстки в LaTeXе / Отв. Ред. Акад. А. С. Алексеев. - Новосибирск: Изд. ИВМиМГ СО РАН, 2005. - 398 с.

УДК 004.4, 519.6

ТЕХНОЛОГИЯ OPENMP ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ

М. А. Савченко, студент немецкого технического факультета, Е. Р. Алексеев, профессор кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаsvampx@gmail.com

Рассмотрено использование компиляторов GCC и технологии OpenMP при решении задач линейной алгебры большой размерности. Описаны функции, директивы и приёмы распараллеливания в языках программирования С++ и FORTRAN.

In this article are considered the usage of GCC compilers and OpenMP technology for solving high dimensional tasks of linear algebra. .Also are described functions, directives and parallelization methods in programming languages C + + and FORTRAN.

Современные персональные компьютеры с многоядерными процессорами позволяют по другому посмотреть на использование домашнего ПК или ноутбука для решения сложных вычислительных задач. Наличие многоядерных процессоров и современных технологий параллельного программирования позволяют решать на обычном персональном компьютере задачи, для которых еще недавно использовались вычислительные центры. Одной из наиболее интересных технологий параллельного программирования является открытый стандарт распараллеливания программ OpenMP (Open Multi Processing).

281

OpenMP – набор директив компилятора, функций и переменных среды позволяющий использовать множество потоков для вычислений. Стандарт реализован в языках программирования С++, FORTRAN. Разработка спецификаций OpenMP ведётся производителями вычислительной техники и программного обеспечения при координации некоммерческой организации OpenMP Architecture Review Board (АRB). OpenMP позволяет программисту не углубляться в мелкие особенности многопоточности и даёт возможность сосредоточиться на более важных вопросах прикладного программирования и разработки алгоритма решения задачи.

Авторами использовалась технология OpenMP при решении задач линейной алгебры большой размерности с использованием языков программирования C++ и Fortran. При решении всех задач использовались компиляторы g++ и gfortran, входящих в свободный кроссплатформенный набор компиляторов GCC(GNU Compieler Collection), которые по быстродействию не уступают проприетарному компилятору С++ из комплекта MS Visual Studio. Ведь не зрря на суперкомпьютерах МГУ «ЛОМОНОСОВ» и «ЧЕБЫШЕВ» (http://parallel.ru/cluster/lomonosov.html, http://parallel.ru/cluster/skif_msu.html) наряду с коммерческими компиляторами компании Intel используются именно свободно-распространяемые компиляторы g++, gfortran.

Технология OpenMP базируются на многопоточности. Каждому потоку отводится виртуальное ядро(виртуальных ядер может быть как столько же сколько и реальных так и в несколько раз больше) например в ноутбуке используемом для решения рассматриваемых ниже задач, установлен процессор Intel Core i7, котором есть с четыре физических ядра, восемь виртуальных (8 потоков), что говорит об обработке в каждом физическом ядре двух потоков данных.

В идеале прирост производительности при использовании параллелизма должен быть пропорционален количеству потоков, одновременно задействованных в программах, но из-за невозможности полностью освободить процессор от выполнения системных и фоновых процессов и тонкостей самих языков и стандартов, некоторые участки программ не дают пропорционального прироста, либо не поддаются распараллеливанию вообще.

При использовании GCC можно управлять компиляцией программой с помощью ключей командной строки [1]. При компиляции программ решения задач вычислительной математики рекомендуется использовать ключи «-O2», «-O3», которые оптимизируют время выполнения программы (http://www.opennet.ru/docs/RUS/linux_parallel/node248.html).

Для использования OpenMP необходимо подключить библиотеку «omp.h», при компиляции программы следует использовать ключ флаг «-fopenmp», а при сборке – флаг «-lgomp».

В языке С++ перед директивами, входящими в состав OpenMP, обязательно должен быть текст «#pragma omp ». Объектом действия большинства директив

282

является один оператор или блок, перед которым расположена директива в исходном тексте программы.

Чаще всего для увеличения быстродействия в сложных задачах распараллеливаются операторы цикла. Параллельная область задаётся при помощи директивы parallel. Если внутри параллельной области содержится только один параллельный цикл, то можно использовать укороченную запись: parallel for. Если не указать данную директиву в параллельной области, то каждая нить выполнит весь цикл полностью [2].

Во избежание конфликтов между потоками в OpenMP предусмотрены публичные и приватные переменные. Приватные переменные доступны данному потоку(нити) и только ему, публичные переменные доступны всем потокам одновременно. При необходимости возможно явно указать количество используемых потоков или установить динамическое изменение используемых потоков.

Рассмотрим параллельный участок на примере алгоритма умножения матриц (рис. 1).

Здесь параллельно выполняется внешний for (цикл по i), остальные циклы будут выполняться каждой нитью последовательно. Если не указать явно количество нитей (параметр num_threads(4) на рис. 1), то по умолчанию будет использоваться максимальное количество нитей процессора.

Рисунок 1.

Для замера времени в OpenMP предусмотрены функции для работы с системным таймером. Функция omp_get_wtime() возвращает время прошедшее с некоторого момента в прошлом.

t1parl=omp_get_wtime();//стартовое времяk<<jacobi_8(a,b,x,N,ep);t2parl=omp_get_wtime();//конечное времяk<<"\nВремя Якоби(8)="<<t2parl-t1parl;//затраченное время

Авторы исследовали влияние количества потоков при решении задач умножения матриц и решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) с использованием технологии OpenMP на время решение задачи. Размерность матрицы от 200х200 до 3800х3800. Ниже приведены данные

283

решения СЛАУ методом Гаусса, простой итерации, LU-разложения и умножения матриц больших размеров на языках программирования C++ (табл. 1) и FORTRAN (табл.2). Использовался следующий ПК: материнская плата Intel HM65 Express; ОЗУ – 6Гб; процессор Intel Core I7 (4 ядра, 8 потоков) с тактовой частотой 2.2 Ггц; 32-х разрядная ОС Linux Ubuntu 12.04 c pae ядром.

В языке FORTRAN имеется множество хорошо отлаженных и эффективных встроенных математических функций. В том числе и функция умножения матриц, которая быстро перемножает матрицы больших размеров. Поэтому не имеет особого смысла распараллеливать классический метод умножения матриц.

Таблица 1. Время работы программы на языка С++.

ЗадачаИспользование OpenMP

Размер

200 500 1500 2500 3800

Метод итерации

нет 0.001098 0.00439 0.0367 0.9802 0.2439

да 0.000611 0.00219 0.0187 0.329 0.1013

Метод Гаусса

нет 0.004516 0.04308 0.8747 4.5 17.99

да 0.00244 0.03173 0.5752 2.684 13.68

LU-разложение

нет 0.00939 0.27819 22.042 129.49 465.98

да 0.00549 0.18322 6.386 39.57 167.36

Умножение матриц

нет 0.01501 0.326 44.618 259.35 1183.05

да 0.00732 0.211 13.984 89.617 370.82

Таблица 2. Время работы программы на языке FORTRAN.

ЗадачаИспользование OpenMP

Размер

200 500 1500 2500 3800

Метод итерации

нет 0.016049 0.00674 0.0397 0.9532 0.2618

да 0.008411 0.00492 0.0281 0.5671 0.2177

Метод Гаусса

нет 0.01466 0.06762 0.9327 5.7705 15.87

да 0.01083 0.03872 0.7492 3.9581 14.51

LU-разложение

нет 0.01867 0.4471 27.659 134.93 433.19

да 0.01291 0.3045 17.237 68.281 361.601

284

GCC и OpenMP — достаточно сильное свободное средство параллельного программирования, которое при грамотном использовании дает прирост быстродействия многоядернго процессора в несколько раз.

Литература:1. Гриффитс Артур. GCC. Настольная книга пользователей, программистов

и системных администраторов. – К.: ООО «ТИД ДС», 2004. – 624 с.2. Левин М.П. Параллельное программирование с использованием OpenMP.

– М.: Интернет-Университет Информационных технологий; БИНОМ: Лаборатория знаний, 2008. – 118с.

УДК 004.514.62

РАСШИРЕНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОЙ МНОГОЗАДАЧНОСТИ GNOME 3 НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ МИНИ-ОКОН

А. М. Старун, студент факультета электронно-информационных систем, Д. А. Костюк, доцент кафедры ЭВМ и систем

Брестский государственный технический университет, Беларусьaleksandr.starun@gmail.com

В работе рассмотрена модель интерфейса, основанная на использовании уменьшенных изображений минимизированных окон. Выполнен анализ окружения рабочего стола Gnome 3, и отмечено ухудшение многозадачности работы пользователя в данной графической оболочке. Предложен подход, улучшающий многозадачность оконного интерфейса Gnome Shell за счет внешнего модуля расширения, отображающего мини-окна. Разработана реализация предложенного модуля расширения Gnome Shell, использующая аппаратно-ускоренную графику для отображения обновляющихся мини-окон в реальном масштабе времени.

An interface model based on usage of scaled-down images of minimized windows is considered. Carried out analysis of Gnome 3 desktop environment shows lack of multitasking user experience in it. The approach of improving multitasking behavior of Gnome Shell with mini-windows is proposed and external module for Gnome Shell is presented, which uses hardware-accelerated graphics for real-time mini-windows mapping.

Ограниченные аппаратные ресурсы персонального компьютера не позволяют задействовать большие площади для вывода информации. Для преодоления этого ограничения в оконных интерфейсах используется ряд специальных вспомогательных элементов навигации, позволяющих увидеть одновременно, хотя бы схематично, изображение всего рабочего пространства

285

[1]. Один из таких элементов — уменьшенные изображения окон (т.н. «мини-окна»).

До появления аппаратно-ускоренных графических интерфейсов вычислительные затраты, необходимые для реализации мини-окон, отображающих динамику в реальном масштабе времени, в большинстве случаев представлялись неоправданными. Разработчики ограничивались компромиссным вариантом, обновляя мини-окна через заданный интервал либо вовсе оставляя в них изображение, наблюдавшееся в момент минимизации окна. Разумеется, подобные ограничения заметно снижали полезность мини-окон как модели интерфейса, а следовательно, и популярность соответствующих программных продуктов [2].

Одну из наиболее полноценных ранних реализаций модели мини-окон в UNIX-подобных ОС можно наблюдать в оконном менеджере FVWM-Crystal - доработанной версии менеджера FVWM, одного из старейших оконных менеджеров для X Window System. В FVWM-Crystal пользователь может выбрать один из нескольких различных режимов работы (т.н. рецептов). Два из стандартных рецептов, Тор-Down и Top-Line, реализуют концепцию мини-окон, называемых в FVWM тумбнейлами. При минимизации окна менеджер автоматически размещает его уменьшенное изображение в нижней части рабочего стола (рис. 1).

Рисунок 1

Технология создания миниатюры, задействованная в данном оконном менеджере, включает три стандартные процедуры. Окно перемещается за пределы отображаемой на дисплее области и с помощью запуска внешней утилиты создается его скриншот. Далее, полученное изображение масштабируется с помощью процессора изображений imagemagic и выводится на экран. Поскольку создание миниатюры сопряжено с вызовом внешних приложений, частое повторение этой процедуры приводит к непомерному потреблению ресурсов; поэтому интервал обновления миниатюры обычно

286

составляет 5-10 секунд (в различных вариантах настройки), либо обновление отключено.

Аналогичную функциональность для Windows ХР реализуют две сторонние программы: ThumbWin и miniMize. Оба приложения перехватывают события минимизации окон и располагают их уменьшенные изображения на рабочем столе. Обе программы позволяют задавать размер мини-окон и режим отображения (поверх остальных окон или под ними). Обновление изображения окна не производится. Поверх мини-окна выводится уменьшенная пиктограмма приложения для его более легкой идентификации.

С распространением аппаратного ускорения графики появилась возможность реализации мини-окон с динамически обновляемым содержимым без существенного роста загрузки центрального процессора — за счет передачи функций масштабирования и отрисовки процессору видеоадаптера [3]. Однако благодаря выработавшейся традиции миниатюры окон используются эпизодически, в механизмах переключения окон, появляясь на короткое время. Например, в графической оболочке KDE и в Windows 7 реализован технологически-близкий механизм, отображающий уменьшенные изображения окон для выбранного на панели задач приложения. При наведении указателя мыши на кнопку соответствующего приложения в панели задач, над ней отображается дополнительная панель с мини-окнами и возможностью просмотра их содержимого при наведении курсора.

До недавнего времени в основе графического пользовательского интерфейса всех универсальных операционных систем лежала модель взаимодействия, известная как метафора рабочего стола («Desktop metaphor» или DM). Экран монитора рассматривается в ней как аналогия поверхности рабочего стола, на которой могут размещаться объекты – в первую очередь, папки с документами и отдельные документы, которые можно открывать (разворачивать в виде окна), а также вспомогательные приложения. В ходе развития в DM добавлялись усовершенствования, не имеющие объектов-аналогов в реальном мире – в первую очередь, средства быстрого запуска приложений и переключения фокуса окон для более полной интеграции с концепцией оконного интерфейса и моделью WIMP («windows-icons-menus-pointer», или окна-пиктограммы-меню-указатель). Исторически наиболее успешным расширением DM для переключения фокуса окон оказалась панель задач [4].

Модели WIMP и DM доминировали более 20 лет. Однако в настоящее время из-за возросшей популярности планшетных компьютеров разработчики графических оболочек предпринимают усилия по поиску универсальных решений, пригодных для управления как с помощью мыши, так и средствами сенсорного экрана. В случае успеха, такое программное обеспечение должно обладать, помимо универсальности, дополнительным преимуществом: интерфейсы приложений, упростившиеся в ходе адаптации к сенсорному

287

управлению, легче в освоении и в работе, т. к. не перегружают пользователя большим числом деталей.

В версиях графических оболочек, выпущенных в 2011 году, наблюдаются изменения, направленные на отход от DM: альтернативные интерфейсы запуска приложений, отсутствие пиктограмм на рабочем столе, стимулирование пользователей работать с полноэкранными приложениями, и, наконец, отказ от панели задач, неудобной при малом размере экрана и активации пальцами [4]. Не избежало этой тенденции и графическое окружение Gnome 3, сменившее классическую DM-парадигму на новую аппаратно-ускоренную оболочку Gnome Shell. Последняя в стандартном режиме не отображает никакого эквивалента панели задач, предлагая пользователю для манипулирования окнами переключаться в полноэкранный режим обзора (рис. 2) помещением указателя мыши в левый верхний угол экрана либо активацией расположенной там же кнопки «Обзор». Режим обзора содержит дополнительные элементы управления, и в т.ч. уменьшенные копии окон для выбора нужного. Поскольку кнопка «Обзор» имеет две бесконечные размерности [1], пользователь WIMP-системы гарантированно достигает ее единственным энергичным движением манипулятора. Выбор окна требует возврата указателя на достаточно большое расстояние, что уменьшает преимущества угловой активации.

Рисунок 2

В ряде исследований отмечается меньшая пригодность измененной графической оболочки для работы в многозадачной среде благодаря заимствованию интерфейсных решений портативных устройств, операционные системы которых частично или полностью построены на принципах невытесняющей многозадачности. Эксперименты показывают, что в целом панель задач остается наиболее эффективным средством переключения окон в

288

WIMP-интерфейсе – по скорости, по нагрузке и по концентрации оператора на выполняемой задаче.

Панель мини-окон, являясь по сути аналогом панели задач, обладает по сравнению с ней рядом ощутимых преимуществ, важных в том числе и для сенсорного управления: размер миниатюр более чем достаточен для активации пальцами, сами миниатюры легко масштабируются под нужный размер экрана и количество открытых окон, а небольшая разница в соотношении сторон миниатюры позволяют легко размещать панель как в горизонтальной, так и в вертикальной ориентации. Более того, в ряде случаев мини-окна облегчают многозадачную работу пользователя, позволяя оператору выполнять параллельный визуальный мониторинг нескольких фоновых задач, отображаемых в миниатюрах панели, одновременно с работой над основной задачей.

В рамках данной работы нами решалась задача разработки модуля расширения для Gnome Shell, обеспечивающего возможность размещения группы уменьшенных динамически изменяющихся изображений окон в виде вертикальной панели вдоль одной из сторон экрана, для повышения многозадачности графической оболочки.

Недавно проект GNOME анонсировал новый ресурс extensions.gnome.org, на котором располагается каталог дополнений к оболочке. Установка дополнений производится непосредственно с сайта в один клик. Дополнения разрабатываются на языке JavaScript с использованием CSS-стилей. Разработка пользовательского интерфейса в расширениях Gnome Shell выполняется при помощи внутреннего инструментария Shell Toolkit, который опирается на библиотеку Clutter. Clutter — свободная графическая библиотека для создания аппаратно-ускоренных пользовательских интерфейсов, для отрисовки используется OpenGL.

В основном модуле расширения происходит считывание начальной настройки, загрузка локализованных строковых констант, перехват необходимых сигналов системы, а также подключение остальных модулей.

В модуле слежения за состоянием приложений отслеживаются сигналы создания и закрытия окон приложения, завершения выполнения приложения. Для этого применяется мониторинг следующих сигналов: “installed-changed”, сигнализирующего об установке, удалении программ, и “app-state-changed”, сигнализирующего об изменении состояния программы.

В модуле слежения за состоянием окон отслеживаются сигналы закрытия, минимизации, максимизации окон, что позволяет своевременно изменять отображаемые миниатюры. Для этого применяется мониторинг сигналов “notify::focus-app” (изменение фокуса окна), “destroy” (закрытие окна), “minimize” (минимизация окна) и “maximize” (восстановление окна).

В модуле диалога настройки параметров расширения выполняется загрузка настроек и показ диалога настройки, сохранение изменений в параметрах, а в модуле слежения за изменением параметров расширения отслеживаются

289

сигналы изменения какой-либо настройки расширения и автоматическое применение новых параметров, что позволяет конфигурировать расширение без перезапуска.

В модуле отрисовки миниатюр окон приложений производится инициализация контейнера миниатюр окон в зависимости от выставленных параметров (показ всех окон или только минимизированных) и отображение полученного контейнера на панели расширения.

Панель миниатюр является представителем разработанного класса Dock.Dock, содержащего в себе контейнер дочерних элементов на основе StBoxLayout (стандартный контейнер элементов, располагаемых в одну строку или один столбец), анимацию автоматического скрытия, поддержку собственных стилей оформления и набор дополнительных функций, включая функцию динамического изменения размера.

Собственно динамически отображаемая миниатюра окна является представителем разработанного класса Dock.DockThumbnail, реализованного на основе стандартного класса StButton (кнопка, с пиктограммой), расширенного при помощи класса ClutterGroup (графический элемент, способный размещать в себе дочерние объекты) с добавлением поддержки собственных стилей оформления. Помимо миниатюры в данном элементе размещается также кнопка закрытия окна и пиктограмма приложения, которая загружается из системных ресурсов ОС, тем самым позволяя реализовать поддержку тем оформления. При нажатии левой кнопкой мыши происходит активация/минимизация окна приложения, при нажатии средней кнопкой – создание нового окна на новом виртуальном столе, а по нажатию правой кнопки отображается всплывающее меню.

Рисунок 3

290

Результат, включающий работу разработанного модуля расширения и диалог его настроек, приведен на рис. 3.

Разработанное расширение распространяется под лицензией GPL и доступно по адресу

https://extensions.gnome.org/extension/335/winthumbnails/.

Литература:1. Раскин Дж. Интерфейс: новые направления в проектировании

компьютерных систем. СПб.: Символ-Плюс, 2003. 272 стр.2. Костюк Д.А., Дёмин В.В. Модель мини-окон с динамическим

отображением в аппаратно-ускоренном графическом интерфейсе // Вестник БрГТУ. – 2009, №5: Физика, математика, информатика. – С. 71–74.

3. Никонюк А.Н. Нелинейное масштабирование окон для экономии площади дисплея портативных устройств // Сучасні проблеми радіотехніки та телекомунікацій «РТ – 2011»: Матер. 7-ої міжнар. молодіжн. наук.-техн. конф., Севастополь 11–15 квітня 2011 р. – Севастополь: СевНТУ, 2011. – С. 362.

4. Костюк Д.А., Костюк К.Л., Дереченник С.С., Тавониус К.А., Шитиков А.В. Исследование эффективности переключения окон в современных графических оболочках // Вестник БрГТУ. – 2011, № 5: Физика, математика, информатика. – С. 45–48.

УДК 004.42:519.85

ВОЗМОЖНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ СВОБОДНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ПАКЕТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ

Л. Игнатов, студент электротехнического факультета, Т. В. Кучер, асситент кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаkucher_t@mail.ru, leo-ignatov@rambler.ru

В работе проведен сравнительный анализ решения нелинейных уравнений с помощью свободных математических пакетов (Scilab, Octave, Maxima). Рассмотрены функции решения нелинейных уравнений, используемые в математических пакетах, приведены примеры.

The comparative analysis of decision of nonlinear equalizations with the help of free mathematical packages (Scilab, Octave, Maxima). Functions for solving nonlinear equalizations that are used in various mathematical packages, examples are made.

291

Нелинейные уравнения можно разделить на алгебраические и трансцендентные. Алгебраическими называют уравнения, содержащие только алгебраические функции, например, полином n-ой степени. Трансцендентными называют уравнения, содержащие другие функции — тригонометрические, показательные, логарифмические и другие. Методы решения нелинейных уравнений делятся на две группы — точные (аналитические) и итерационные (численные) методы. Как известно, многие уравнения не имеют аналитических решений. Поэтому для решения сложных нелинейных уравнений применяются численные методы с заданной степенью точности.

Известно, что корни нелинейного уравнения находятся в два этапа:1. Отделение (локализация) корней уравнения, т.е. поиск таких интервалов

изменения переменной x, где расположен только один корень. Одним из распространенных способов отделения корней является графический способ.

2. Уточнение корней с помощью функций, встроенных в математические пакеты.

Вначале рассмотрим возможности некоторых современных свободных математических пакетов для определения корней полиномов. Полином n-ой степени имеет вид P(x)=a0a1 xa2 x2a3 x3a4 x4a5 x5...an xn , где ak — коэффициент при x в степени k; x — переменная полинома.

Одним из свободных математических пакетов является Scilab. Для решения алгебраического уравнения в Scilab [1] вначале нужно с помощью функции poly задать полином P(x), а затем найти его корни с помощью функции roots.

Функция определения полинома имеет следующий синтаксис:poly(a, "x", ["fl"]),

где a - число или матрица чисел, являющиеся коэффициентами полинома;x - символьная переменная;fl — необязательная символьная переменная, определяющая способ

задания полинома. Эта переменная может принимать значения: c - будет сформирован полином с коэффициентами, хранящимися в параметре a; r - значения параметра a воспринимаются функцией как корни, для которых необходимо рассчитать коэффициенты соответствующего полинома. По умолчанию fl=r.

Для примера рассмотрим нахождение корней полинома x5+5x3-4x2-7x+9=0.

Листинг команд приведен ниже.

-->y=poly([9,-7,-4,5,0,1],'x','c')y = 2 3 5 9 - 7x - 4x + 5x + x -->roots(y) ans = 0.9483599 + 0.4625622i

292

0.9483599 - 0.4625622i -1.2145595 -0.3410802 + 2.5572125i -0.3410802 – 2.5572125i

Рисунок 1

В математических пакетах GNU Octave и FreeMat алгебраическое уравнение также задается с помощью вектора его коэффициентов, а затем с помощью функции roots находятся его корни [2,3]. На рис. 1 показан пример нахождения корней полинома

x5+5x3-4x2-7x+9=0 в GNU Octave, в пакете FreeMat листинг команд аналогичен.

Еще одной мощной свободной системой компьютерной алгебры является пакет Maxima. Для нахождения корней полиномов и решения трансцендентных уравнений в программе применяется функция solve [4]. На рис. 2 показано определение корней полиномов

x4+0,75x3-0,875x2-0,75x-0,125=0 и x4+x2-8=0. Функция находит аналитическое этих уравнений.

Рисунок 2

Теперь рассмотрим решение трансцендентных уравнений в этих же математических пакетах. Для решения трансцендентных уравнений в Scilab [1] применяют функцию fsolve(x0,f), где x0 — это начальное приближение, f — функция, описывающая левую часть уравнения y(x)=0.

293

Рисунок 3

В качестве примера рассмотрим нахождение корней нелинейного уравнения

e x

1x 4=x2

.

На рис. 3 показан график, построенный в Scilab, ниже приведен листинг команд с результатами.

-->x=[-2:0.1:2];-->deff('[y]=f(x)','y=exp(x)/(1+x^4)-x^2')-->plot(x,exp(x)./(1+x.^4)-x.^2)-->xgrid()-->fsolve(1,f) ans = 1.102536-->fsolve(-1,f) ans = 0.6594577

Для функции fsolve можно начальное приближение задавать в виде диапазона, в этом случае Scilab выдаст значение нескольких корней, если они имеются в этом диапазоне. Ниже приведен листинг с результатами для нахождения корней уравнения

y x =3⋅cosx 0,5⋅x2−2⋅xна интервале [0;5]

-->x=[-5:0.1:5];-->deff('[y]=f(x)','y=3*cos(x)+0.5*x^2-2*x')-->z=[0:3:5];-->fsolve(z,f) ans = 1.0342073 4.4079808

294

В GNU Octave для решения трансцендентных уравнений применяется функция fzero(f, x0) или fzero(name, [a, b]),где f – имя функции, вычисляющей левую часть уравнения, x0 – начальное приближение к корню или [a, b] — интервал изоляции корня .

Функцию можно вызвать следующим образом:[x, y]= fzero(name, x0),

тогда x будет корнем уравнения, а y – значением функции в точке x.

Рисунок 4

На рис. 4 показан пример нахождение корней нелинейного уравнения вида

e x

1x 4=x2

.

В математическом пакете Maxima для решения трансцендентных уравнений можно использовать функцию solve [4], синтаксис ее аналогичен как и для решения полиномов. Функция solve также применима и для решения тригонометрических уравнений. При этом в случае множества решений у тригонометрических уравнений выдается соответствующее сообщение только и одно из решений. Пример использования функции для решения тригонометрического уравнения приведен на рис. 5

Рисунок 5

Также в программе Maxima имеется функция find_root. Для этой функции следует задавать интервал изоляции корня. Для поиска корней с помощью этой функции используется численный метод деления пополам или, если исследуемая функция достаточно гладкая, метод линейной интерполяции. На рисунке 6 показан пример нахождения корней для уравнения

e x

1x 4=x2

.

В случае задания неверного интервала изоляции программа выводит сообщение о том, что функция на границах интервала имеет одинаковый знак.

295

Рисунок 6

Также в Maxima в пакете newton1 для решения уравнений методом Ньютона есть функция newton, синтаксис функции следующий:

newton (f, x, x0, eps)где f – функция, вычисляющая левую часть уравнения f(x)=0 методом

Ньютона, f(x) как функцию одной переменной x;x0 – начальное приближение к корню;eps — точность вычисления (пока не будет достигнуто условие |(f(x)|<

eps). Для использования пакета его необходимо загрузить командой

load(newton1).Пример использования функции newton для вычисления корней

уравнения e x

1x 4=x2

приведен на рис. 7.

Рисунок 7

Во всех пакетах функции для решения алгебраических уравнений можно использовать и функции для нахождения корней трансцендентных уравнений. Но в этом случае будут найдены только действительные корни. Для нахождения

296

всех корней полинома— действительных и мнимых, лучше использовать специальные функции, рассмотренные в первой части работы.

В работе были рассмотрены возможности свободных математических пакетов Scilab, Maxima, Octave и FreeMat для решения нелинейных уравнений. При решении алгебраических уравнений эти пакеты обладают одинаковыми возможностями. При решении трансцендентных уравнений в пакете Maxima имеются функции, которые находят аналитическое и численной решение уравнений. При использовании численных методов корни вычисляются с большей точностью, чем в других пакетах. Это можно увидеть на рисунках 4 и 6, 7. Поэтому можно сказать, что Maxima является более мощным инструментом для решения нелинейных уравнений.

Литература:1. Алексеев Е. Р., Чеснокова О. В., Рудченко Е. А. Решение инженерных и

математических задач в пакете Scilab. – М.: ALT Linux, 2008. – 257 с.2. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В. GNU OCTAVE для студентов и

преподавателей. – Донецк: ДонНТУ, Технопарк ДонНТУ УНИТЕХ, 2011. -332 с.

3. FreeMat. URL: http://freemat.sourceforge.net (дата обращения: 14.04.2012).4. Чичкарёв Е.А.. Компьютерная математика с Maxima: Руководство для

школьников и студентов – М. : ALT Linux, 2012. 384 с. : ил. (Библиотека ALT Linux).

УДК 004.4

ВИКОРИСТАННЯ КРОС-ПЛАТФОРМНОГО ІНСТРУМЕНТАРІЮ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ QT ДЛЯ СТВОРЕННЯ

НАВЧАЛЬНИХ ПРОГРАМ

. .М Ф Рудий, студент факультету електроніки,О.І. Ткач, студент факультету електроніки,

Львівський національний університет імені Івана Франка, Українаrudyym@meta.ua

В доповіді розглянуто використання кросплатформного інструменту розробки Qt для створення освітніх оболонки інтегрування систем диференціальних рівнянь першого порядку.

n a lecture give the example of the use of cross-platform tool of development of QtІ for creation educational shell of numeral integration of the system differential equations of first-order.

297

Вже більше ніж 30 років тому програмування та комп'ютерні технології почали використовувати для наукових і навчальних цілей. Але широке застосування програмування почало набувати тільки в останні 10 років. Сьогодні майже у всіх навчальних закладах використовують різне програмне забезпечення для навчання учнів чи студентів. Але велика кількість програм, які використовують для навчання, мають поганий графічний інтерфейс, незрозумілий користувачеві. Тому з розвитком технології почали розробляти якісні графічні інтерфейси. Сьогодні великою популярністю користується оболонка Qt, яка дає змогу створювати потужні програмні засоби з інтуїтивним графічним інтерфейсом.

Qt (варіант вимови від розробників cute — к'ют) — крос-платформний інструментарій розробки програмного забезпечення мовою програмування C++. Дає змогу запускати написане за його допомогою програмне забезпечення на більшості сучасних операційних системах шляхом простої компіляції тексту програми для кожної ОС без зміни початкового коду.

Qt дає змогу робити платформонезалежне програмування реальністю, не обмежуючи свій вибір і творчі можливості. Qt надає користувачам те, чого вони хочуть: швидкі програми, які мають хороший інтерфейс і працюють належним чином, а розробникам програм те, чого вони бажають: середовище, яке надає можливість писати менше коду, створюючи при цьому більше. Завдяки цьому програмування стає цікавішим.Основні характеристики оболонки Qt:

• використання Meta Object Compiller — попередньої системи обробки початкового коду (загалом, Qt, це бібліотека не для чистого C++, а для його особливого діалекту, з якого і «перекладає» MOC для подальшої компіляції будь-яким стандартним C++ компілятором). MOC дає змогу у багато разів збільшити потужність бібліотек, вводячи такі поняття як слоти (slots) і сигнали (signals);

• Qt комплектується графічним середовищем розробки графічного інтерфейсу QTDesigner, що дає змогу створювати діалоги і форми «мишею»;

• ідеологія створення форм в Qt базується на використанні менеджерів розташування, які створюють «гумовий» дизайн, при якому розмір і розташування елементів форм визначаються автоматично, що значно прискорює розробку графічного інтерфейсу;

• в поставці Qt є «Qt Linguist» — могутня графічна утиліта, що дає змогу спростити локалізацію і переклад вашої програми багатьма мовами;

• «Qt Assistant» — довідкова система Qt, що спрощує роботу з документацією, а також дає змогу створювати крос-платформну довідку для розробленого на основі Qt програмного забезпечення;

• Qt також може бути використаним в багатьох інших мовах програмування.

298

Рисунок 1

Прикладом навчальної програми, створеної за допомогою оболонки Qt є програма “Ds”, яку я б хотів розглянути детальніше (рис.1). “Ds”- це програма для чисельного інтегрування систем диференціальних рівнянь першого порядку. Програма поширюється з ліцензією GPL.

Рисунок 2

299

Основні можливості програми:• створені описи систем дифрівнянь можна зберігати у файл; • після розрахунку програма автоматично виводить на графік залежність

знайдених розв’язків від часу (рис. 2.);• користувач має змогу вивести на графік будь-яку іншу залежність, для

цього йому потрібно скористатись пунктом меню, де він має ввести відповідну залежність (рис. 3.);

• користувач має змогу зберегти дані знайдених розв’язків у файл;• у програмі є можливість змінювати мову діалогу (українська, англійська,

російська, німецька).

Рисунок 3

Таким чином, оболонка Qt дає змогу створювати якісні програмні засоби для навчальних цілей. Перевагою створених програм за допомогою Qt є їхня простота у використанні, простий та інтуїтивний графічний інтерфейс, а також можливість зміни мови діалогу, що дає змогу працювати з цими програмами користувачам, які володіють тільки певною мовою.

УДК 004.4

ВИКОРИСТАННЯ GNU / LINUX ТА ВІЛЬНОГО ПРОГРАМНОГО ЗАБЕСПЕЧЕННЯ В ДЕРЖАВНИХ ОРГАНАХ ВЛАДИ УКРАЇНИ

І.І.Назарук, студент ЛПЛЗТ,С.С.Чоповский, викладач ІТ

Державний навчальний заклад "Львівський професійний ліцей залізничного транспорту", Україна. auslemberg@meta.ua

Tokimitsu@ukr.net

В даній статті розглянута проблематика використання GNU / Linux та вільного програмного забеспечення в державних органах влади України.

In this paper the problems of using GNU / Linux and open source software in government bodies of Ukraine is considered.

Відомо, що в Україні по сьогодні відсутня цілісна державна політика щодо використання в межах органів державної влади того чи іншого типу

300

програмного забезпечення (ПЗ). Ця проблема повинна найближчим часом, якщо не вирішитися, то принаймні окреслитися, оскільки має надзвичайно стратегічне значення у справі інформатизації українського суспільства. Так дане питання виносилося на розгляд науково-технічною радою Національних програм, яка відбувалась у травні 2002р., де серед присутніх на засіданні були працівники Департаменту спеціальних комунікаційних систем та захисту інформації СБУ.

Скільки років різні міжнародні організації добивають Україну за порушення авторських прав, в тому числі у галузі програмного забезпечення. І це по при те, що величезна кількість українців працює як на західні так і східні (московські) фірми, розробляючи найдосконаліші комп’ютерні програми (Від відеоігор до найдосконаліших комп’ютерних баз). Державні і приватні організації, які намагаються дотримуватися законів, сідають як на наркотик на власницьке програмне забезпечення від Microsoft, Adobe та інших, виплачуючи цім фірмам шалені гроші.

Проте більше дев’ятнадцяти років існує система GNU/Linux, яка побудована на відкритому коді на так званій GNU GPLv2 ліцензії, яка дозволяє вільно поширювати цю операційну систему.

До основних переваг Linux та вільного програмного забеспечення (ВПЗ) відносять:

- Відсутність вірусів- Безкоштовне програмне забезпечення- Вільне розповсюдження ОС- Зменшення потреби у розмірі оперативної пам’яті- Широкий спектр безкоштовних послуг- Зменшене потрібне для розміщення ОС місце на жорсткому диску- Відсутність обов'язкової потреби у пропріетарних драйверах.

Також при роботі з GNU/Linux виділяється простота у створенні та експлуатації серверів даних. В ОС існує певна опція «Хмарний сервіс», яка дозволяє отримати доступ до всієї відкритої інформації з комп’ютерів користувачів та серверів, на яких вона встановлена.

Заборгованість державних органів України за користування ліцензованим програмним забезпеченням тільки від Microsoft сьогодні становить приблизно сто мільйонів доларів США. За оцінками компанії, рівень використання нелегальних програмних засобів в державних органах складає близько 71%.

А між тим, космічне агентство NASA використовує в якості базової операційної системи - GNU/Linux.

Доповідь технічного відділу NASA містить ряд аргументів на користь використання Open Source рішень у роботі цієї організації. У доповіді показана адекватність застосування засобів програмного забезпечення під ліцензіями Open Source, для вирішення задач NASA.

301

Для NASA прийняття моделі Open Source програмного забезпечення означає:

1. поліпшена якість розробок програмного забезпечення;2. поліпшені взаємодії (відкриті стандарти обробки даних);3. більш економічне й ефективне поширення.Крім того, НАСА використовує готові Android-смартфони для своїх нових

мінні-супутникиАнонсуючи цей проект, спеціалісти НАСА заявили, що для реалізації

проекту вони вирішили скористатися концепцією із світу програмного забезпечення з відкритим кодом — «випускай рано, випускай часто» (release early, release often). Тому для створення бюджетних супутників використовують вже існуючи на ринку компоненти. Позиція НАСА про сучасні смартфони: "Вони надають безліч функцій, які потрібні супутниковим системам; серед них — швидкі процесори, універсальні операційні системи, багато маленьких датчиків, потужних камер , GPS-датчиків та радіоприймачів".

Для першого прототипу — PhoneSat 1.0 — НАСА використовувала Android-смартфон Google Nexus One виробництва HTC, а для другого — PhoneSat 2.0 — Samsung Nexus S, також обладнаний мобільною Linux/Java-платформою Android. Прототип PhoneSat 2.0 стане основою для майбутніх міні-супутників, які зменшать вартість компактних космічних носіїв.

Запуск мережі міні-супутників НАСА запланувала на початок 2013 року та стане часткою програми Small Spacecraft Technology Program, яка призвана продемонструвати можливості проведення геліофізичних вимірювань за допомогою невеликих космічних літальних апаратів.

В країнах ЕС також ретельно займаються проблематикою впровадження GNU/Linux та ВПЗ.

Розглянемо порівняльну таблицю з впровадження ВПЗ у країнах ЕС, (табл. 1).

США при управлінні запуском ядерних ракет користується даною системою. Білорусь почала використання ОС GNU/Linux для створення «безпілотників» (безпілотних літаків, оснащених ракетами «повітря-земля», «земля-земля» та «повітря-повітря»).

На основі вищевказаної інформації при порівнянні ОС GNU/Linux та ОС, що надає компанія Microsoft можна сказати наступне: ОС GNU/Linux має беззаперечні переваги при використанні її як в органах влади України, так і в навчальних закладах, що дозволяє автоматизувати і тим самим полегшити виконання багатьох базових та додаткових команд і задач управління. Також слід додати, що використання ОС GNU/Linux ними дозволить прибрати з бюджету країни ті заборгованості, які накладає Microsoft своїми здирницькими умовами. Що в свою чергу дасть можливість використати дані кошти у більш конструктивних для держави цілях і покращити благоустрій самої України в цілому.

302

Таблиця 1.

Франція Висока Міністерства, Державна

адміністрація, Національна

система освіти

Цілеспрямована Впровадження зростаючими темпами; цілеспрямовані

політичні кроки

Німеччина Висока Парламент, Державна

адміністрація, Поліція

Цілеспрямована Впровадження зростаючими темпами; цілеспрямовані

політичні кроки

Іспанія Середня Міністерства, Державна

адміністрація

Початок впровадження

Впровадження зростаючими темпами; розвиток політики

Великобри-танія

Середня Державна система

соціального забезпечення

Зростаюча Початок впровадження зростаючими темпами;

цілеспрямовані політичні кроки

Австрія Низька Невизначено Чітко не визначена

В ближчому майбутньому чітких рішень не передбачається

Бельгія Низька Національна армія, Державна

адміністрація

Цілеспрямована Зростаюче впровадження, цілеспрямована політика

Література:1. Використання OSS державними установами США. URL:

http://www.uafoss.org.ua/topics/parliament-hearings/foss-usage/ (дата обращения 1.8.2012)

2. Використання F/OSS у державах ЄС. URL: http://www.uafoss.org.ua/ru/topics/parliament-hearings/floss-usage-eu/ (дата обращения 1.8.2012)

УДК 378.016:004

ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАК СОСТАВЛЯЮЩАЯ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ ИНФОРМАТИКИ

А. Е. Самарина, доцент кафедры информационных технологийСмоленский государственный университет, Россия

a.e.samarina@gmail.com

В статье обоснована необходимость изучения свободного программного обеспечения при подготовке учителя информатики. Рассматриваются

303

применяемые программы и порядок их изучения. Описан опыт внедрения свободного ПО в обучение на кафедре информационных технологий СмолГУ.

The article substantiates necessity of studying an opensource software in training of teachers of computer science. Applied programs and order of their learning are considered. Described the experience of the introduction of free software in education in the Chair of Information Technology SmolGU.

Изучение и подготовка к использованию свободного программного обеспечения в образовательном процессе является на настоящее время одной из важных составляющих профессиональной подготовки учителя информатики.

В конце 2010 года окончился срок действия предоставленных ранее образовательным учреждениям России лицензионных программных продуктов пакета «Первая Помощь». Этот пакет включал большой набор программ, необходимых для использования в образовательном процессе и управлении школой: операционную систему, офисный пакет Microsoft Office, графические редакторы, средства для веб-разработки и программирования, программы для распознавания текстов и словари, и многое другое. Сейчас образовательные учреждения могут использовать либо лицензионные программы (многие из которых являются весьма дорогостоящими и поэтому недоступными), либо свободно распространяемые и бесплатные программы.

В качестве операционной системы чаще всего используются разные версии Windows и Linux. Если в качестве базовой операционной системы используется MS Windows (ОЕМ-версия, устанавливаемая по умолчанию на приобретаемые компьютеры), то всё остальное программное обеспечение — офисный пакет, графические редакторы и т.п. - свободно распространяемое.

Второй вариант (используемый часто для маломощных и устаревших компьютеров) — установка ОС Linux с полным набором необходимого программного обеспечения, входящего в дистрибутив. Этот вариант часто бывает затруднителен для работников образовательных учреждений и учителей по причине неполной осведомлённости о возможностях и основах работы с ОС Linux.

Судя по результатам опросов студентов, проходивших практику в школах Смоленска и Смоленской области, чаще встречается первый вариант.

Таким образом, весьма актуальным является изучение кроссплатформенного программного обеспечения, которое можно использовать в разных операционных системах. Важным вопросом является также вопрос о совместимости и переносимости файлов, созданных в разных версиях такого ПО.

Ещё одной причиной для изучения свободного ПО и, в частности, ОС Linux, является необходимость обеспечения всесторонней подготовки учителя информатики. Часто, в силу сложившихся традиций, студенты работают только с ОС Windows, офисным пакетом MS Office, графическим редактором Adobe

304

Photoshop, другими известными лицензионными программами. У них формируется убеждение в том, что это единственные доступные для использования программы. Знания о наличии свободных аналогов этих программ и умение работать с ними не только расширяют кругозор и повышают профессиональную компетентность будущего специалиста, но и дают возможность сделать в будущем выбор между свободным и лицензионным ПО при обучении в школе и вузе.

При подготовке будущих учителей информатики на физико-математическом факультете Смоленского государственного университета используется свободное программное обеспечение. В компьютерных аудиториях операционная система Linux (версии ALT Linux и Edubuntu Linux) установлена наряду с традиционно используемой ОС Windows. При изучении различных дисциплин профессионального цикла рассматриваются свободные кроссплатформенные программы, которые в дальнейшем можно применять на практике и при преподавании информатики в школе.

При изучении дисциплины «Программное обеспечение ЭВМ» на младших курсах студенты знакомятся с свободным офисным пакетом Open Office.org, файловым менеджером Free Commander, программой для распознавания текста CuneiForm, программой для просмотра файлов Sumatra PDF, словарём StarDict и другими программами.

При изучении основ компьютерной графики будущими учителями информатики в качестве базовых программ используются свободные растровый редактор GIMP, векторный редактор Inkscape, редактор векторной 2D графики Synfig Studio, вместо лицензионных и не применяемых в школе Adobe Photoshop, Corel Draw и Macromedia Flash соответственно. При изучении графики в школе на начальном уровне можно использовать TuxPaint и ColourPaint, для базовой подготовки — GIMP и Inkscape. Интересными дополнениями могут быть редактор для создания панорамных изображений Hugin, программа для создания чертежей и блок-схем Dia и программа для генерации фрактальной графики XaoS.

При изучении дисциплин «Компьютерное моделирование», «Численные методы» и некоторых других наряду с лицензионными математическими пакетами Mathcad и Mathematica студенты знакомятся с их свободными аналогами SmathStudio и Maxima. Упомянутое свободное ПО может применяться в школе на уроках математики, информатики и физики и на факультативных занятиях при решении задач, выполнении исследовательских проектов.

Конечно, возможности свободных аналогов уступают их проприетарным конкурентам, но зато являются бесплатными, кроссплатформенными, что обеспечивает их использование и в Windows, и в Linux, не требовательны к мощности компьютеров. Кроме того, они с лихвой покрывают все потребности в программном обеспечении для обучения школьников.

305

При изучении дисциплины «Компьютерные сети и Интернет» вместо лицензионного веб-редактора MS FrontPage, изучавшегося ранее, студенты осваивают процесс создания веб-сайтов, используя свободный кроссплатформенный веб-редактор KompoZer. Для более серьёзных собственных разработок могут применяться программы BlueFish и Quanta Plus или свободные CMS Joomla и Drupal.

При изучении программирования используются свободный компилятор Free Pascal и среда программирования Lazarus в сравнении с Delphi, в качестве СУБД — не только MS Access, но и Open Office.org Base и MySQL и т.д.

На 5 курсе при изучении дисциплины «Использование информационных и коммуникационных технологий в образовании» знания о свободных программах приводятся в систему. Студенты знакомятся с историей появления Linux в образовательных учреждениях, с философией и разными дистрибутивами ОС Linux.

В качестве версий Linux, удобных для использования в школах, рассматриваются разные версии ALT Linux 5.0 (Лёгкий, Юниор и Мастер), Edubuntu Linux (Ubuntu с пакетом образовательных программ для всех возрастов) и Edumandriva – образовательный дистрибутив на основе Mandriva. Студенты осваивают возможности изучения ОС Linux – операционной системы с версий Live CD, установку на виртуальную машину (на примере свободной VirtualBox) и установку второй системой на компьютер с уже установленной Windows.

В качестве основного дистрибутива для изучения предлагается ALT Linux 5.0 Master – версия с максимальным набором ПО из пакета, специально разработанного для образовательных учреждений России.

Студенты изучают набор базового ПО, входящего в дистрибутив, предназначенного для использования в обучении не только информатике, но и другим школьным дисциплинам.

Наряду с офисным пакетом OpenOffice.org, программами для обработки текстовой и графической информации, упомянутыми ранее, изучаются программы для обработки мультимедиа — аудиоредактор Audacity, видеоредакторы Avidemux, Kdenlive и VirtualDub, ПО для обучения программированию — системы КУМИР, KTurtle, среды программирования Scratch и Gambas.

Отдельное внимание уделяется программам образовательного назначения. Ряд из них составляет пакет KDE, куда входят программы для изучения математики KAlgebra и KMPlot, интерактивная геометрия Kig, виртуальный планетарий KStars, программа для изучения географии KGeography, обучающие игры и многое другое. Интересно, что существует версия пакета KDE для компьютеров под управлением ОС Windows, так что его также можно назвать кросплатформенным.

306

В ходе изучения ПО на занятиях студенты создают собственные методические разработки по изучаемым программам, которые можно было бы применить на занятиях в школе.

В 2009-2010 учебном году несколько студентов физико-математического факультета СмолГУ оказывали помощь школам, где проходили педагогическую практику.

Одним из факторов, часто препятствующих внедрению свободного ПО при обучении в школе, является недостаточное информирование студентов и учителей о существовании свободных аналогов распространённых лицензионных программ, а также недостаток методической литературы по их использованию. Поэтому, в качестве тем для курсовых и дипломных работ студентам часто предлагаются темы, связанные с изучением разнообразных свободных программ и созданием методических комплексов по использованию таких программ в курсе информатики. Таким образом, изучение свободного программного обеспечения позволяет повысить профессиональную компетентность будущих учителей информатики, сделать в дальнейшем осознанный выбор используемого ПО при обучении информатике в школе.

УДК 004.77

РЕШЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧ ВЕКТОРНОЙ АЛГЕБРЫ СРЕДСТВАМИ СВОБОДНО РАСПРОСТРАНЯЕМОГО

МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПАКЕТА GNU OCTAVE

Е. Н. Корягина, студентка факультета экономикиО.В. Чеснокова, ст. преподаватель кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаelena_kor@gmail.com

В статье рассмотрены возможности свободно распространяемого математического пакет Octave для решения некоторых задач векторной алгебры.

The possibilities of open-source mathematics package Octave to solve some problems of vector algebra.

В геометрии вектором называется всякий направленный отрезок. Учение о действиях над векторами называется векторной алгеброй [2].

Решение задач векторной алгебры в Octave возможно благодаря его графическим средсвам [1].

307

Рассмотрим решение задач векторной алгебры на конкретных примерах.ЗАДАЧА 1. Найти сумму векторов ∣a∣={1, 4 } и ∣b∣={5, 3} .Если векторы a и b не коллинеарны, то геометрически вектор

c=a+ b является диагональю параллелограмма построенного на векторах a и b (правило параллелограмма) [1].

Далее приведены команды Octave, с помощью которых была решена задача и результаты ее работы. Для изображения вектора была создана специальная функция vector(A,B). Эта функция рисует направленный отрезок ∣AB∣ в декартовой системе координат и возвращает координаты его середины. В данном случае координаты середины отрезка нужны для нанесения соответствующей надписи, обозначающей вектор на рисунке. Геометрическое решение задачи показано на рис. 1.

clear all; %Функция рисует направленный отрезок АВ,%в качестве результата выдает координаты%середины отрезка АВ.function [M]=vector(A,B)x1=A(1);x2=B(1); y1=A(2);y2=B(2);%Угол в вершине стрелки в радианахalf=30*pi/180;%Деление отрезка в заданном отношенииL=15;xm=(x1+L*x2)/(1+L); ym=(y1+L*y2)/(1+L);%Угол наклона прямой АВk1=(y2-y1)/(x2-x1);if (k1==Inf)|(k1==-inf)%Отрезок перпендикулярен оси Ох%Координаты основания треугольника, образующего стрелку

x4=xm-0.2; y4=ym; x3=xm+0.2; y3=ym;elseif k1==0%Отрезок перпендикулярен оси Оу

x4=xm; y4=ym-0.2; x3=xm; y3=ym+0.2;else%Уравнение прямой АВ

k1=(y2-y1)/(x2-x1); m1=y1-x1*(y2-y1)/(x2-x1);%Уравнение прямой перпендикулярной АВ

k3=-1/k1; m3=1/k1*xm+ym;%Уравнение прямой, проходящей через точку В%под углом alf к прямой АВ

k2=(-k1-tan(alf))/(tan(alf)*k1-1); m2=y2-k2*x2;%Уравнение прямой, проходящей через точку В%под углом -alf к прямой АВ

k4=(-k1-tan(-alf))/(tan(-alf)*k1-1); m4=y2-k4*x2;%Координаты основания треугольника, образующего стрелку

x4=(m3-m2)/(k2-k3); y4=k2*x4+m2;x3=(m3-m4)/(k4-k3); y3=k3*x3+m3;

end;

308

%Изображение прямой АВline([A(1),B(1)],[A(2),B(2)],'LineWidth',3,'Color','k');%Изображение стрелки в точке В

Рисунок 1

patch([x2,x3,x4],[y2,y3,y4],'k');%Координаты середины отрезка АВM(1)=(x1+x2)/2; M(2)=(y1+y2)/2;end;%Решение задачиclf;cla;set(gcf,'Position',[20,20,400,400]);set(gcf,'numbertitle','off')set(gcf,'name','Vector c=a+b')set(gca,'Position',[.1,.1,.8,.8]);set(gca,'xlim',[0,10]);set(gca,'ylim',[0,10]);set(gca,'xtick',[0:10]);set(gca,'ytick',[0:10]);grid on;xlabel('x');ylabel('y');a=[1,4];b=[5,3];%Сумма векторовc=[a(1)+b(1),a(2)+b(2)]%Построение вектора ama=vector([0,0],a);text(ma(1)+0.3,ma(2)-0.3,'a','FontSize',20);%Построение вектора bmb=vector([0,0],b);text(mb(1)+0.3,mb(2)-0.3,'b','FontSize',20);%Построение вектора c=a+bmc=vector([0,0],c);text(mc(1)+0.3,mc(2)-0.3,'c','FontSize',20);

309

line([a(1),c(1)],[a(2),c(2)],'LineWidth',1,'Color','k');line([b(1),c(1)],[b(2),c(2)],'LineWidth',1,'Color','k');%Результаты работы программы. %Координаты вектора c=a+b:>>>c = 6 7

ЗАДАЧА 2. Найти углы образуемые осями координат с вектором ∣a∣={2,−2,−1} . Углы, образуемые положительными направлениями осей с

вектором ∣a∣ , можно рассчитать по формулам: cos (α)=a1

∣a∣, cos (β)=

a2

∣a∣,

cos (γ)=a3

∣a∣[2].

Команды Octave и результаты их работы:

%Углы, образуемые осями координат с вектором Хfunction [U]=ugol(X)m=sqrt(X(1)^2+X(2)^2+X(3)^2);U=acos(X/m);end;%Перевод радиан в градусы и минутыfunction gr=rad_gr(rad)gr(1)=round(rad*180/pi); %Градусыgr(2)=round((rad*180/pi-gr(1))*60); %Минутыend;%Вычисление углов в радианахu=ugol([2,-2,-1])%Углы в градусах и минутахalf=rad_gr(u(1))bet=rad_gr(u(2))gam=rad_gr(u(3))%Результаты работы%Углы в радианах>>>u = 0.84107 2.30052 1.91063%Углы в градусах и минутах>>>alf = 48 11>>>bet = 132 -11>>>gam = 109 28

ЗАДАЧА 3. Найти угол между векторами a={−2,1 ,2} и b={−2,−2,1} :

cos (a ,b)=ab

∣a∣⋅∣b∣.

Текст файла-сценария и результат его работы:

%Перевод радиан в градусы и минутыfunction gr=rad_gr(rad)gr(1)=round(rad*180/pi); %Градусы

310

gr(2)=round((rad*180/pi-gr(1))*60); %Минутыend;a=[-2,1,2];b=[-2,-2,1];da=sqrt(a(1)^2+a(2)^2+a(3)^2);db=sqrt(b(1)^2+b(2)^2+b(3)^2);ab=sum(a.*b);alf=acos(ab/(da*db))rad_gr(alf)>>>%Результат>>>%Угол в радианах>>>alf = 1.1102>>>%Угол в градусах>>>ans = 64 -23

ЗАДАЧА 4. Проверить являются ли векторы NM и KL , PR и UV взаимно перпендикулярными. Координаты точек:

M (2,1) ,N (6,1) , K (1,2) , L(7,2) , P (3,3) , R(5,3) , U (1,4) , V (5,4) .Если a={a1, a2} и b={b1, b2} перпендикулярны, то их скалярное

произведение равно нулю: ab=a1b1+ a2 b2=0 . На рис. 2 видно, что векторы NM и KL перпендикулярны, а PR и UV нет.

Рисунок 2

Решение задачи 4:

%Вычисление скалярного произведения векторов a и bfunction [ab]=scal(a,b)ab=a(1)*b(1)+a(2)*b(2);

311

end;clf;cla;set(gcf,'Position',[20,20,400,400]);set(gcf,'numbertitle','off')set(gcf,'name','Vector')set(gca,'Position',[.1,.1,.8,.8]);set(gca,'xlim',[0,10]);set(gca,'ylim',[0,10]);set(gca,'xtick',[0:10]);set(gca,'ytick',[0:10]);grid on;xlabel('x');ylabel('y');M=[2,6];N=[6,6];K=[4,4]; L=[4,8];P=[7,3];R=[9,3];U=[5,4];V=[9,4];MN_KL=scal(N-M,L-K)PR_UV=scal(R-P,V-U)%Построение вектора NMvector(N,M);N_=text(N(1),N(2)+0.3,'N');M_=text(M(1),M(2)+0.3,'M');set(N_,'FontSize',20)set(M_,'FontSize',20)%Построение вектора KLvector(K,L);K_=text(K(1)+0.3,K(2)-0.3,'K');L_=text(L(1)+0.3,L(2)-0.3,'L');set(K_,'FontSize',20)set(L_,'FontSize',20)%Построение вектора PRvector(P,R);P_=text(P(1)+0.3,P(2)-0.3,'P');R_=text(R(1)+0.3,R(2)-0.3,'R');set(P_,'FontSize',20)set(R_,'FontSize',20)%Построение вектора UVvector(U,V);U_=text(U(1)+0.3,U(2)-0.3,'U');V_=text(V(1)+0.3,V(2)-0.3,'V');set(U_,'FontSize',20)set(V_,'FontSize',20)%Результат работы программы>>>MN_KL = 0>>>PR_UV = 8

ЗАДАЧА 5. Найти векторное произведение векторов ∣a∣={1,4 } и ∣b∣={5, 3} . Вычислить угол между векторами.

Векторным произведением вектора a на неколлинеарный с ним вектор b называется вектор с , модуль которого численно равен площади

параллелограмма построенного на векторах a и b : a× b=∣a∣⋅∣b∣sin( a , b) [2]. Направление вектора с перпендикулярно плоскости параллелограмма. Если векторы a={x1, y1, z1} и b={x1, y2, z2} , то

312

a× b={∣y1 z 1

y2 z 2∣,∣z 1 x1

z 2 x2∣,∣x1 y1

x2 y2∣} .

Графическое решение показано на рис. 3. Листинг содержит текст программы и результаты ее работы:

clear all; clf;cla;set(gcf,'Position',[20,20,400,400]);set(gcf,'numbertitle','off')set(gcf,'name','Vector')set(gca,'Position',[.1,.1,.8,.8]);set(gca,'xlim',[0,10]);set(gca,'ylim',[0,10]);set(gca,'zlim',[0,10]);set(gca,'xtick',[0:10]);set(gca,'ytick',[0:10]);set(gca,'ztick',[0:10]);set(gca,'View',[30 30],'box','on');xlabel('x');ylabel('y');zlabel('z');axis([0,10,0,10,0,10])grid on;

Рисунок 3

%Длина вектораfunction D=dlin(x)D=(x(1)^2+x(2)^2+x(3)^2)^(1/2);end;%Перевод радиан в градусы и минутыfunction gr=rad_gr(rad)

313

gr(1)=round(rad*180/pi); %Градусыgr(2)=round((rad*180/pi-gr(1))*60); %Минутыend;%Исходные данныеx1=4;y1=2;z1=0;x2=1;y2=3;z2=0;a=[x1,y1,z1];b=[x2,y2,z2];%Расчет координат векторного произведенияM=[a;b];M1=M(1:2,2:3);M2=[M(:,1),M(:,3)];M3=M(1:2,1:2);c(1)=det(M1);c(2)=-det(M2);c(3)=(det(M3));%Расчет угла между векторами a и bda=dlin(a);db=dlin(b);dc=dlin(c);alf=asin(dc/(da*db));%Изображение векторов a,b,cline([0,a(1)],[0,a(2)],[0,a(3)],'LineWidth',5,'Color','k');line([0,b(1)],[0,b(2)],[0,b(3)],'LineWidth',5,'Color','k');line([0,c(1)],[0,c(2)],[0,c(3)],'LineWidth',5,'Color','k');%Изображение стрелок на векторахline([c(1),c(1)],[c(2),c(2)],[c(3),c(3)], 'LineWidth',5,'Color','k', 'marker','^','markersize',16);line([b(1),b(1)],[b(2),b(2)],[b(3),b(3)], 'LineWidth',5,'Color','k', 'marker','<','markersize',10);line([a(1),a(1)],[a(2),a(2)],[a(3),a(3)], 'LineWidth',5,'Color','k', 'marker','<','markersize',10);%Расчет координат вершины параллелограммаk1=y1/x1;k2=y2/x2;d(1)=(y1-y2+k1*x2-k2*x1)/(k1-k2);d(2)=k1*d(1)+y2-k1*x2;d(3)=0;%Стороны параллелограммаline([a(1),d(1)],[a(2),d(2)],[a(3),d(3)], 'LineWidth',2,'Color','k');line([b(1),d(1)],[b(2),d(2)],[b(3),d(3)], 'LineWidth',2,'Color','k');%Координаты векторного произведенияc%Угол между векторами a и balfa=rad_gr(alf)%Результаты работы программы%Координаты векторного произведения>>>c = 0 -0 10%Угол между векторами>>>alfa = 45 -0

ЗАДАЧА 6. Поверить компланарность векторов:а) a={−2,−1,−3} , b={−1,4 ,6} и с={1,5,9} ;б) a={1,2 ,3} , b={−1,3 ,4} и с={2,5 ,2} .Три вектора называют компланарными, если они, будучи приведены к

общему началу, лежат в одной плоскости. Смешанным или векторно-

314

скалярным произведением трех векторов a , b и с называется скалярное произведение вектора a на векторное произведение b× c , то есть число

abc= a⋅( b× c )=(b× c)⋅a . Если векторы a={x1, y1, z1} , b={x1, y2, z2} и с={x3, y3, z3} даны своими координатами, то смешанное произведение

вычисляют по формуле [2]:

abc=∣x1 y1 z1

x2 y2 z2

x3 y3 z3∣ .

Необходимым и достаточным условием компланарности векторов a , b и с является равенство нулю их смешанного произведение abc=0 .

function d=komp(A,B,C)M=[A;B;C];d=det(M);if d==0

disp('Векторы компланарны');else

disp('Векторы не компланарны');end;end;a=[-2,-1,-3];b=[-1,4,6];c=[1,5,9];d1=komp(a,b,c)a=[1,2,3];b=[-1,3,4];c=[2,5,2];d2=komp(a,b,c)%Результат работы программы>>>Векторы компланарныd1 = 0>>>Векторы не компланарныd2 = -27

Итак, можно сделать вывод, что благодаря мощным графическим средствам пакета задачи векторной алгебры становятся более понятными и наглядными.

Литература 1. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В. GNU Octave для студентов и

преподавателей. - Донецк.: ДонНТУ, Технопарк ДонНТУ УНИТЕХ, 2011. - 330с.2. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для

инженеров и учащихся вузов. – М.: Наука, 1981. – 720 с.

315

УДК 004.4

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИИ В СВОБОДНО РАСПРОСТРАНЯЕМОМ МАТЕМАТИЧЕСКОМ ПАКЕТЕ GNU OCTAVE

Л.А. Устинова, студентка факультета менеджментаО.В. Чеснокова, ст. преподаватель кафедры ВМиП

Lancaster University, Lancaster University Management School, ВеликобританияДонецкий национальный технический университет, Украина

lilli@list.ru

В статье рассмотрены возможности свободно распространяемого математического пакет Octave для решения задачи исследования функции.

The possibilities of open-source mathematics package Octave to solve the problem of research functions.

Задача исследования функции тесно связана с понятием дифференцирования. Дифференцирование в Octave осуществляется в технике символьных переменных, для работы с которыми должен быть подключен специальный пакет расширений octave-symbolic [1]. Все действия в символьных переменных начинаются с оператора symbols, который инициализирует символьные операции. Объявить символьную переменную можно командой sym('имя_переменной').

Дифференцирование в Octave осуществляется с помощью функцииdifferentiate(f(a,x [, n]),

где a — символьное выражение, x — переменная дифференцирования, n — порядок дифференцирования (при n=1 параметр можно опустить). Иными словами функция вычисляет n-ю производную выражения a по переменной x.

Рассмотри несколько примеров.Пример 1. Построить график функции f (x )=1−2 x−x2 и ее производной.

Исследовать функцию на возрастание и убывание.Известно [2], что если производная функции f (x ) положительна на всем

интервале [a ,b] , то функция на нем возрастает, если всюду отрицательна, то f (x ) убывает.

Вычислим производную заданной функции средствами пакета Octave:

symbolsx=sym("x");f=1-2*x-x^2;differentiate(f,x)>>>ans = -2.0-(2.0)*x

316

Построим график заданной функции и ее производной:Clf; cla;L1=ezplot('1-2*x-x^2');set(L1,'LineWidth',3,'Color','k')hold onL2=ezplot('-2-2*x');set(L2,'LineWidth',2,'Color','k')grid on; xlabel('x'); ylabel('y');title('1-2x-x^2, -2-2x')

На рис. 1 видим, что там, где y= f ' (x ) принимает положительные значения, f (x ) возрастает, соответственно при отрицательных значениях

y= f ' (x ) функция f (x ) убывает.

Пример 2. Исследовать функцию f (x )=x3

3−2 x2

+ 3 x+ 1 на экстремум.

Говорят, что непрерывная функция f (x ) имеет максимум в точке x=a , если в достаточной близости от этой точки производная f ' ( x) положительна слева от а и отрицательна справа от а. Если наоборот, то f (x ) имеет минимум в точке x=a . Максимум и минимум объединяют названием экстремум. Если первая производная в этой точке f ' (a) либо равна нулю, либо не существует, то в этой точке может быть экстремум [2].

Рисунок 1

Найдем производную функции:clear all;symbolsx=sym("x");f=x^3/3-2*x^2+3*x+1;%Производная от функции f(x)y=differentiate(f,x)>>>y = 3.0+x^(2.0)-(4.0)*x

317

Изобразим функцию и ее производную на графике, найдем корни уравнения f ' ( x)=0 :clf;cla;L1=ezplot('x^3/3-2*x^2+3*x+1');set(L1,'LineWidth',3,'Color','k')hold onL2=ezplot('3.0+x^(2.0)-(4.0)*x');set(L2,'LineWidth',2,'Color','k')set(gca,'xlim',[-2,5]); set(gca,'ylim',[-5,5]);grid on; xlabel('x');ylabel('y');title('x^3/3-2x^2+3x+1, 3+x^2-4x')%Корни уравнения f ' ( x)=0x1 = symfsolve(y,1) x2 = symfsolve(y,3)>>>x1 = 1>>>x2 = 3

На рис. 2 видно, что первая производная обращается в ноль в точках 1 и 3. При переходе через точку 1 f ' ( x) меняет знак «+» на «–», следовательно, это точка максимума функции f (x ) , а в точке 3 знак первой производной меняется с «–» на «+», то есть это точка минимума.

Рисунок 2

Пример 3. Определить точки перегиба функции f (x )=3 x−2

x2+ 1

.

График функции называется выпуклым на промежутке [a ,b] , если он расположен выше касательной, проведенной в любой точке этого интервала.

318

Если же график функции лежит ниже касательной, то он называется вогнутым. Функция будет выпуклой на интервале [a ,b] , если вторая производная

f ' ' (x ) на нем положительна. И наоборот, если вторая производная отрицательна, то функция вогнута. Если же вторая производная равна нулю в некоторой точке а, а слева и справа от нее имеет значения разных знаков, то точка а – точка перегиба [2].

Найдем вторую производную заданной функции. Построим графики функции и ее второй производной. Определим точки в которых вторая производная обращается в ноль:clear all;symbolsx=sym("x");f=(3*x-2)/(x^2+1);y=differentiate(f,x,2)>>>y =-(2.0)*(1.0+x^(2.0))^(-2)*(-2.0+(3.0)*x)-

(12.0)*(1.0+x^(2.0))^(-2)*x+(8.0)*(1.0+x^(2.0))^(-3)*x^2*(-2.0+(3.0)*x)

clf;cla;L1=ezplot('(3*x-2)/(x^2+1)');set(L1,'LineWidth',4,'Color','k')hold onL2=ezplot('-(2.0)*(1.0+x^(2.0))^(-2)*(-2.0+(3.0)*x)-

(12.0)*(1.0+x^(2.0))^(-2)*x+(8.0)*(1.0+x^(2.0))^(-3)*x^2*(-2.0+(3.0)*x)');

set(L2,'LineWidth',2,'Color','k')set(gca,'xlim',[-5,5]);set(gca,'ylim',[-5,7]);grid on;xlabel('x');ylabel('y');title(' ')x1 = symfsolve(y,-1) x2 = symfsolve(y,0)x3 = symfsolve(y,2)>>>x1 = -1.1411>>>x2 = 0.19855>>>x3 = 2.9425

Иллюстрации приведены на рис. 3.Исследование второй производной функции f ' ' (x ) показывает, что она

определена на всей числовой оси и обращается в нуль в трех точках x1=−1.1411 , x2=0.19855 , x3=2.9425 , причем при переходе через них она меняет

знак. Следовательно, на интервале (−∞ , x1) функция f (x ) вогнутая, так как f ' ' (x )< 0 , на (x1 , x2) – выпуклая ( f ' ' (x )> 0 ), на (x2 , x3) – вогнутая (f ' ' (x )< 0 ) и на (x3 ,+ ∞) опять выпуклая, потому что f ' ' (x )> 0 .

319

Рисунок 3

Рассмотренные примеры позволяют сделать вывод о том, что свободнораспространяемый математический пакет Octave благодаря своей графической базе и символьному пакету расширений без труда справляется с задачей исследования функции.

Литература:1. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В. GNU Octave для студентов и

преподавателей. - Донецк.: ДонНТУ, Технопарк ДонНТУ УНИТЕХ, 2011. - 330с.2. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для

инженеров и учащихся вузов. – М.: Наука, 1981. – 720 с.

УДК 004.3

АВТОМАТИЗАЦІЯ ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ ЗАСОБАМИ ФІРМИ CYPRESS SEMICONDUCTOR

П. І. Бублик, студент факультету електроніки, О.І. Ткач, студент факультету електроніки,

Г. Г. Злобін, доцент кафедри радіофізики та компютерних технологій Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна

bublykpetro@gmail.com

Створення програмних і апаратних компонентів системи автоматизації фізичного експерименту на основі програмованої системи на кристалі PSoC

320

від Cypress Semiconductor. Для зв'язку з комп'ютером використовується універсальна послідовна шина USB. Поширення проектної документації здійснюється відповідно до міжнародних стандартних ліцензій про вільне апаратне та програмне забезпечення.

Creation of hardware and software parts of the system of automatization of the physical experiment on the basis of programmable system on chip PSoC by Cypress Semiconductor. Used for connection with a computer of universal serial bus USB. Spreading of project documentation according to international license standart about free hardware and software..

Завдяки високу рівню розвитку мікропроцесорної техніки сьогодні є можливість спростити процес експериментальних досліджень. Дуже потужним рішенням в цьому плані є використання мікроконтролерів PSoC Cypress які містять на одному кристалі процесорне ядро, цифрову та аналогову периферію. В мікроконтролерах PSoC Cypress реалізовані такі користувацькі модулі, як:

VDAC8 - ЦАП (цифро-аналоговий перетворювач);ADC_DelSig - АЦП (аналого-цифровий перетворювач);PWM - ШІМ (широтно-імпульсний модулятор);Counter - лічильник;Character LCD - контролер рідкокристалічного дисплею;Clock - тактовий генератор;USBFS - контролер USB;інші модулі.

Першим реалізованим нами блоком є генератор періодичних сигналів з можливістю вибору дискретних значень частот. Принцип роботи генератора полягає у видачі на вихід VDAC8 масиву значень (20 точок), які і будуть генерувати один період сигналу. Повторення цієї операції нескінченну кількість разів дає змогу отримати потрібний сигнал. Залежно від потреби в масив будуть занесені значення для генерування сигналів різної форми (синус, меандр, пилка). Зміна частоти сигналу відбувається за рахунок зміни частоти дискретизації, яку ми подаємо на відповідний вхід VDAC8. Вибір частоти і форми сигналу здійснюється в прикладній програмі на ПЕОМ, зв'язок з якою відбувається через універсальну послідовну шину USB.

Другим реалізованим блоком є цифровий частотомір. За допомогою цього модуля можна визначити частоту вхідного періодичного сигналу. За допомогою Delta Sigma ADC ми записуємо в масив вхідний сигнал, тоді проводимо над отриманими даними дискретне перетворення Фур'є. Частотою сигналу буде частота найбільшої гармоніки сигналу. Визначену частоту сигналу можна спостерігати на рідкокристалічному дисплеї, а також можна провести додаткові дослідження на ПЕОМ.

321

Третім реалізованим блоком є цифровий вольтметр з можливістю накопичення експериментальних даних. Отриманні результати можна передати на ПЕОМ для подальшої обробки та візуалізації експериментальних даних.

Четвертим блоком є блок керування кроковими двигунами (КД). Реалізована можливість задання кута повороту, швидкості а також напряму обертання крокового двигуна. Керування КД базується на використанні компоненти PWM (широтно-імпульсний модулятор). Керування відбувається через USB в прикладній програмі проекту в режимі реального часу.

Всі модулі мають зв'язок з ПЕОМ з використанням універсальної послідовної шини USB. В PSOC Cypress зв'язок з USB реалізується за допомогою компоненти USBFS, яка дає змогу здійснювати передачу даних у режимі FAST. Також в ній відбувається оголошення дескрипторів, які потрібні для розпізнавання пристрою операційною системою.

На ПЕОМ реалізована програма керування модулями та опрацювання отриманих результатів для подальшого їхнього аналізу та візуалізації. Програма використовує готові компоненти фірми Cypress для роботи з USB.

Проектна документація є у вільному доступі відповідно до міжнародної ліцензії про вільне апаратне забезпечення (http://www.ohwr.org/projects/cernohl/wiki ).

Таким чином створена система дає змогу значно спростити і оптимізувати процес дослідження. А відкритість системи дає змогу залучити ентузіастів з різних куточків світу для створення нових та вдосконалення вже наявних модулів.

УДК 004.4, 537

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ SCILAB ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

А.А.Хохлова, студентка электротехнического факультета, Е. Р. Алексеев, профессор кафедры ВМиП

Донецкий национальный технический университет, Украинаanastasiya.hohlova@gmail.com

Рассмотрено использование свободно распространяемого математического пакета Scilab при моделировании переходных процессов в электрических цепях. Use of open source mathematical program Scilab in case of simulation of transient phenomena in electrical circuits is considered.

В электротехнике встречается большое количество задач (переходные процессы в электрических цепях, моделирование магнитных цепей постоянного

322

тока и т. д.), для решения используют современные проприетарные средства, такие как MathCAD, Smath Studio и др. MathCAD позволяет решать дифференциальные уравнения, строить графики, выполнять вычисления в символьном режиме и прочее. Одним из основных недостатков MathCAD являются отсутствие возможности разработки GUI (Graphicaluser interface) - графических интерфейсов пользователя, которая имеется как в MATLAB, Scilab.

Практически, этот недостаток заключается в следующем. Если имеется математическая модель какого-нибудь процесса, то, исходные данные находятся в начале документа, а результаты расчетов (как правило, графики) в конце. MathCAD строго следит за соблюдением этого правила. Постоянно возникающий вопрос «А что - если» при работе с моделями заставляет нас каждый раз отправляться к началу документа, чтобы изменить исходные данные, а затем отправляться в конец, чтобы проанализировать результаты. Дело усложняется, когда исходными данными являются массивы значений с изменяющимися размерами. Тогда затрачивается значительное время на повторный ввод этих массивов.

В качестве альтернативы проприетарным приложениям можно использовать свободно распространяемый математический пакет Scilab. Он содержит массу доводов в свою пользу: пакеты расширений, визуальное моделирование систем и имитацию, а также количество встроенных функций, одними из которых является решение системы дифференциальных уравнений, построение 2D и 3D графиков, решение полиномиальных, рациональных функций и прочее.

Рассмотрим возможности Scilab на примере моделирования переходных процессов.

Задача 1. Определить напряжение на реактивном элементе и ток переходного процесса в ветвях схемы (рис 1), если известны постоянное напряжение источника и параметры электрической цепи. Построить графики тока в разветвленной части цепи и напряжение на реактивном элементе в функции времени t.

Рисунок 1Подобная задача очень часто возникает при решении задач на перехоные

процессы в цепях с сосредоточенными параметрами. Решение этой задачи сводится к решению системы дифференциальных уравнений. В Scilab ее возможно решать двумя способами:

323

1. Решить систему обыкновенных дифференциальных уравнений помощью встроенной функции ode([type],y0,t0,t [,rtol [,atol]],f [,jac] [,w,iw], затем построить график с помощью функции plot(t,y) [2].

2. Использовать систему визуального моделирования Xcos. В статье далее будет рассмотрено решение задач на переходные процессы с

помощью входящей в состав Scilab системы моделирования Xcos.В Xcos составляем схему цепи и устанавливаем параметры. Для этого

используем палитру «Электрические блоки» (рис 2). «Перетаскиваем» элементы с палитры блоков во второе окно, которое предназначено для создания и редактирования моделей.

Рисунок 2

При двойном щелчке мыши по элементу открывается диалоговое окно для изменения параметров данного элемента. Через некоторый промежуток времени выключатель отключает цепь от источника напряжения и происходит переходный процесс. На рис. 3 показано как выглядит схема в Xcos.

Выбираем Моделирование → Выполнить. Появляется графическое окно решения задачи. В окне показано два графика: зависимость напряжения от времени и зависимость тока от времени (рис 4).

324

По первому графику определяется значение напряжения на конденсаторе до и после переходного процесса (в установившемся режиме). Значение до переходного процесса — это начальная точка графика. По второму — ток на индуктивности так же до переходного процесса (до коммутации) и в установившемся режиме.

Рисунок 3

Рисунок 4

325

Задача 2. Определить напряжение на реактивном элементе и ток переходного процесса в ветвях схемы (рис. 5),если известно постоянное напряжение источника и параметры электрической цепи. Построить графики тока в разветвленной части цепи и напряжение на реактивном элементе в функции времени t.

Рисунок 5

Решение данной задачи сводится к решению системы дифференциальных уравнений. Аналогично составляется схема цепи и устанавливаются параметры (рис.6).

Рисунок 6

По полученным в результате моделирования графикам (рис.7) определяем значение тока и напряжение в начале и конце переходного процесса.

Рассмотренное приложение Scilab Xcos содержит такие доводы в свою пользу: решение громоздкие и сложные задачи, легкость при вводе данных, построение графиков и прочее. Внедрение приложения в учебный процесс и исследовательскую деятельность усложняется недостаточно полной

326

англоязычной документацией и отсутствием какой-либо литературы на русском языке.

Рисунок 7

Литература1. Stephen L. Campbell, Jean-Philippe. Chancelier and Ramine Nikoukhah Modeling and Simulation in Scilab/Scicos. – Springer, 2006. – 308p. 2. Е. Р. Алексеев, Е. А. Чеснокова, Е. А. Рудченко. Scilab: Решение инженерных и математических задач. – М.: ALT Linux; БИНОМ. Лаборатория знаний 2008. – 260 c. 3. Тропин И.С., Михайлова О.И., Михайлов А.В. Численные и технические расчеты в среде Scilab (ПО для решения задач численных и техническихвычислений): Учебное пособие. – М.: 2008. – 65 с. 4. Scilab. URL: http://www.scilab.org/ (дата обращения: 30.08.2012) 5. Scilab - Xcos: Моделирование систем. URL: http://src.lgg.ru/2011/04/xcos_sac/ (дата обращения: 25.05.2012)

327

УДК 004.8

СОВРЕМЕННЫЕ КРОССПЛАТФОРМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ СОЗДАНИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ.

С.С.Чоповский, преподаватель И.Т.Львовский профессиональный лицей железнодорожного транспорта, Украина

auslemberg@meta.ua

В данной статье рассмотрены современные кроссплатформенные, свободные программные инструменты создания учебно — методических материалов, приведены примеры использования таких программ.

This article examines the current cross-platform, free software tools for creating educational - teaching materials, examples of such programs.

Нет секрета в том, что в обучении человека значительную роль играют повторение и вторичное возвращение к не усвоенному материалу, а организовывают и контролируют весь ход процесса получения знаний и умений — педагоги.

Поэтому каждый учитель, перед тем как начать курс обучения предмета, готовит свой конспект лекций (тестовый материал, методички, контрольные работы и т.п.).

По традиции, это происходит в ручном (рукописном) режиме. Но современное развитие информационно-коммуникативных технологий (ИКТ), позволяет автоматизировать почти весь процесс творчества учителя на основе использования учебно-методических комплектов (УМК), рассчитанных на освоение знаний и отработку учебных умений у учащихся и проведение контроля с помощью персональных компьютеров.

Но не всегда УМК полностью удовлетворяют требованиям учителя.И тут на помощь приходят различные кроссплатформенные, свободные

программные инструменты создания учебно-методических материалов.Бороздя просторы интернета, я случайно наткнулся на весьма интересный

сайт молодого программиста Флегонтова Д.М. из Старого Оскола, и хочу поделиться своими впечатлениями.

С вашего разрешения, позволю себе несколько цитат с этого сайта, (Лаборатория свободных технологий http://www.labfreetech.org/):

"Основной задачей проекта является разработка бесплатных кроссплатформенных программ, ориентированных на образовательный сектор."

328

О программе для создания электронных книг "Клён-библиотека":«Предназначена для профессионального написания и чтения

электронных книг и электронных методических пособий.»Основные возможности, "которые предоставляет Клён-библиотека:

использование базы данных для хранения всей информации, создание резервных копий базы библиотеки, разграничение прав доступа для редактирования книг, добавление дополнительной информации в базу данных, использование модуля тестирования для проверки знаний и так далее. Книга в файле формата xwb зашифрована и находится в сжатом состоянии, при этом, экономично используется свободное пространство жёсткого диска."

О модуле тестирования "Шёлковый тест": «Программа для создания тестов. Предназначена для

профессионального составления тестов и проведения сетевого тестирования.»

Шёлковый тест использует максимальное упрощение, при сборе, обработке и передачи данных в журнал. Программа сделана одним модулем, что особенно эффективно проявляется, при запуске её из папки сервера. Она использует для хранения информации базу данных(SQLite3), поэтому отпадает необходимость в запуске модуля-сервера. Так как результаты тестирования сохраняются в базу, то, по желанию преподавателя, могут быть загружены с любого компьютера, пользуясь тем же одним модулем. То есть программа может даже не устанавливаться на компьютеры пользователей. Проблема разграничения прав доступа на создание теста решена использованием пароля для режима редактирования. Есть возможность резервировать хранилище тестов со сжатием. Тест в файле формата xwt зашифрован и сжат."

О программе для создания кроссвордов. "Клёст-кроссворд": «Предназначена для профессионального составления, редактирования

и лёгкого отгадывания классических кроссвордов.»Отличительной особенностью программы Клёст-кроссворд является

экспорт кроссворда в 14 различных форматов файлов: RTF, PDF, PostScript(*.ps), HTML, Текстовый формат Across Lite, JPG, JPEG, TIFF, BMP, XPM, PNG, XBM, PPM, OpenKlest(*.ok). Не остаётся без внимания и быстрый алгоритм составления кроссворда, с возможностью автоматического экспорта, позволяющий создать 1000 кроссвордов за 30 минут. Это 1 кроссворд в 2-е секунды(сетка17x17)."

Общее для данных программам:"Сейчас сборки доступны для 4-х архитектур: Intel x86, amd64(EM64T),

PowerPC, ARM(!) и 5-ти платформ: Windows, MacOS, GNU / Linux, Solaris, FreeBSD. Возможна работа в ОС MeeGo на Intel Atom. Необходимо использовать сборку для остальных дистрибутивов ОС GNU / Linux."

"Для того, чтобы пользоваться программами Лаборатории свободных технологий, НЕ требуется никаких дополнительных лицензий и договоров для

329

предоставления каким-либо проверяющим органам. Программы абсолютно бесплатные и распространяются на условиях Стандартной общественной лицензии версии 2( GNU GPLv2 ). Могут быть установлены на неограниченное количество компьютеров как простыми пользователями, так и школами, ВУЗами и другими организациями(включая коммерческие)".

Данные программные комплексы были созданы с использованием правил эргономики. Освоение функций создания (редактирования, тестирования и т.п.) в программах займёт всего несколько минут. По этому эргономичный интерфейс позволяет начать работу с программными комплексами практически сразу, пользователю предоставляется полная свобода в работе с этими инструментами (использование любой операционный системы, установленной как на компьютере студентов, так и на сервере. Все программы кроссплатформенные, используют базу данных SQLite3 и главное — позволяют очень быстро портировать и разворачивать базы на любом количестве компьютеров.

Перейдем к рассмотрению анонсированных программ.«Клён-библиотека»

Дав команду на запуск программы, мы увидим, приглашение на вход (или замену имени пользователя), см. рис. 1. Далее стандартное рабочее окно, без излишеств и с понятным интерфейсом (рис. 2). Очень порадовало наличие развернутой, просто и грамотно составленной справки. Это очень качественное, практически полное, руководство пользователя, позволяющее овладеть этими программами даже людям весьма далеким от ИКТ (рис. 3). Для смены режима роботы — вводим пароль (рис. 4).

Рисунок 1

Рисунок 2

Создание, открытие, резервирование и восстановление библиотеки, происходит из меню Библиотека. Архивируется библиотека со сжатием до 5-ти раз (рис. 5). Для создания новой книги: в меню Книга выбираем пункт Создать... (рис. 6). Доступны следующие функции стандартного меню Правка и Формат: отмена, возврат, выделение всего текста, настройка шрифта, вырезание, копирование, вставка текста, изменение выравнивания и регистра текста. Первая страница Книги показана на рис. 7.

330

Рисунок 3Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7 Рисунок 8

«Шёлковый тест»Перейдем к системе тестирования. Во вкладке Сервис находиться кнопка

запуска программы тестирования учащихся (рис.8). Для создания теста в меню Тест выбираем пункт Создать... (рис.9). После определения названия теста, появляется выбор типа вопроса:— Один ответ, Много ответов, Ввод

331

слова(предложения), Ввод числа, Установка последовательности. Редактирование текста ответа, доступно из меню Правка с последующими функциями: отмена, возврат, выделение всего текста, вырезание, копирование, вставка текста (рис. 10).

Рисунок 9

Рисунок 10

Обозначение правильного ответа см. рис. 11. Для вставки таблицы, выбираем в пункте меню Таблица элемент Вставить, при этом появится окно для ввода количества строк и столбцов будущей таблицы (рис. 12).

Рисунок 11

Рисунок 12Вставка и удаление изображения в вопрос происходит из меню Вставка—

>Изображение— >Вставить... и Вставка— >Изображение— >Удалить. Для изменения изображения, вставленного в тест, существует меню Вставка— >Изображение— >Изменить (рис. 13). Сохранение производится выбором пункта меню Тест— >Сохранить (рис. 14).

Рисунок 13

Рис. 14. Сохранение изменений.Открытие теста происходит из меню Тест, выбрав пункт Открыть...—

открывается диалоговое окно Список тестов. При выборе строки с названием

332

нужного теста и последующим нажатием на кнопку ОК, происходит его открытие, (рис. 15). Навигация между вопросами происходит по-одному, из меню Вид — пункты Следующий вопрос, Предыдущий вопрос, Номер вопроса.... Ещё, это можно будет сделать, используя список вопросов, расположенный слева в главном окне программы (рис. 16).

Рисунок 15

Рисунок 16

Рисунок 17

После окончания тестирования пользователю будет выведен результат: всего вопросов, правильных ответов, неправильных ответов, качество знаний материала, всего баллов, время начала, время окончания, прошедшее время и оценка (рис. 17).

Как видим, процесс создания (редактирования) тестов, а так же тестирования не представляет большой сложности.

Клёст-кроссворд.Дав команду на запуск программы, мы

увидим, уже знакомое приглашение на вход (или замену имени пользователя), см. рис. 18.

Далее главное окно программы, без излишеств и с понятным интерфейсом, (рис. 19).

Рисунок 18

"Кроссворд может работать в двух режимах: "Редактирования" и "Отгадывания". В режиме редактирования можно создать и отредактировать кроссворд. В режиме отгадывания можно просмотреть и отгадать кроссворд."

333

Рисунок 19

В процессе создания кроссворда, программа предложит ввести параметры сетки 10х10х20 (рис. 20).

Рисунок 20

Функция, меню Автоматизация—>Сетка, позволяет сгенерировать сетку кроссворда (рис. 21).

Рисунок 21

После создания сетки, можно её сохранить как шаблон кроссворда, выбрав Функцию меню Кроссворд—>Сохранить как...

Сетка с введёнными в неё словами поддаётся сохранению в форме шаблона. Это касается и открытого готового кроссворда. Папку, откуда будут загружаться шаблоны можно выбрать в окне Свойства.

334

Для удобства конфигурирования программы, все основные настройки собраны в одном окне Свойства (рис. 22).

Рисунок 22

Как видим, создание кроссвордов (рис. 23) в программе максимально автоматизированно, что облегчает ее освоение.

Рисунок 23

В общем, я считаю, что задумка данных программных комплексов очень хорошая и своевременная, открывающая большие перспективы для творчества учителя.

Литература:1. Лаборатория свободных технологий. URL: http://www.labfreetech.org/ (дата обращения: 25.08.2012) .2. Педагогика: педагогические теории, системы, технологии: Учеб. для студ. высш. и сред. пед. учеб. заведений / С.А.Смирнов, И.Б.Котова, Е.Н.Шиянов и др.; Под ред. С.Л.Смирнова. - 4-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2001.-512 с.3. Настольная книга практикующего педагога - Кузнецов Игорь Николаевич. URL: www.modernlib.ru (дата обращения: 25.08.2012).

335

Наукове видання

Збірка наукових праць студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів

СУЧАСНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В ОСВІТІ І НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ

(СІТОНД-2012)

Матеріали ІІІ міжнародної науково-технічної конференції студентів і молодих учених

4-5 жовтня 2012 р., м. Донецьк

Збірка підготовлена за результатами міжнародної науково-технічної конференції студентів і молодих учених. У конференції брали участь студенти, магістранти, аспіранти і викладачі Донецького національного технічного університету, Донецької філії Європейського університету, Донецького базового медичного коледжу, Львівського національного університету ім. І. Франка, Львівського професійного ліцею залізничного транспорту, Брестського державного технічного університету, Південно-західного державного університету, Удмуртського державного університету, Смоленського державного університету, Ланкастерського університету, Великотърновского університету ім. Кирила і Мефодія. Матеріали, що увійшли до збірки, присвячені застосуванню інформаційних технологій в освіті і наукових дослідженнях.

Матеріали доведено мовою оригіналу. Матеріали, що публікуються, відображають точку зору авторів, яка може не збігатися з думкою редколегії збірника. При цитуванні або частковому використанні тексту публікацій посилання на збірник обов’язкове

Відповідальний за випуск: В.М. ПавлишТехнічні редактори: Є.Р. Алєксєєв

І.Ю. АнохинаО.В. ЧесноковаВ.І. Зензеров

Підп. до друку 28.09.2012 р. Формат 60х841/16 Папір офсетнийРізографічний друк. Ум.-др. арк. 21,0. Облік.-вид. арк. 21,2. Тираж 100 прим. Замов. №0928.

ДВНЗ “Донецький національний технічний університет”83000 г.Донецьк-00, вул. Артема, 58

Друк з оригінал-макету МПП “ВІК”Свідоцтво про реєстрацію ДК №382 від 26.03.2001 р.

83059, м. Донецьк, вул. Разенкова, 12/17, тел (062) 381-70-87