
提到計算,人們馬上聯想到的可能是使用計算器和Excel表格 。實際上,對于更加復雜的工程計算、編程和作圖需求,目前最流行的兩大軟件是MATLAB和Mathematica 。它們均在高校教學、學術界和工業界發揮著重要作用 。MATLAB更加適合工程應用,Mathematica更加適合數學分析 。
Mathematica是由美國的沃爾夫勒姆(Wolfram)研究公司開發的計算軟件,于1988年問世,在數值計算、符號運算、數學繪圖和動畫顯示等方面具有強大能力 。Mathematica作為一種交互式計算工具,能夠智能化理解用戶輸入的英文計算命令,使用方便 。它作為一種程序語言,語法規則簡單,語句精煉,能夠使用較少語句完成復雜計算和公式推導等任務 。用戶可以選擇單命令對話方式或批處理程序方式進行計算 。
Mathematica內置大量函數,例如Abs[x]表示x的絕對值,Random[]表示產生[0, 1]區間上的隨機數,Factor[expr]表示對expr進行因式分解,Plot[f[x], {x, xmin, xmax}]表示對函數f作圖 。它可以求解方程、方程組和不等式,例如使用Solve[x2-2x 1==0, x] 命令求解方程中的未知數x 。它可以求導數,例如使用D[f, x1, x2, x3] 命令能夠求f關于x1、x2、x3的偏導數 。它可以求積分,例如使用Integrate[f, {x, a, b}]命令能夠求函數f相對于x在x=a到x=b的范圍內的積分值 。它還可以求解常微分方程和偏微分方程,例如使用DSolve[{x’’[t]-3x’[t] 8y’[t] 4y[t]==0, x’[t]-2y’[t] 7x[t]==3 Exp[t]}, {x[t], y[t]}, t]的命令能夠求解自變量為t的常微分方程組 。從以上幾個例子可以看出,Mathematica的計算方式是使用大量內置函數命令,非常便于計算和公式推導,免去了用戶查找算法并使用FORTRAN或C語言自己編程的麻煩 。
Mathematica與MATLAB在很多計算、繪圖和編程的功能上類似 。它們之間的區別可以歸納為以下幾點,各有優劣 。
- MATLAB在軟件語言規則、編程便利性和程序調試方面比Mathematica更加方便易用 。
- MATLAB包括各種工具包,例如信號處理工具包、優化工具包、神經網絡工具包、控制系統工具包、樣條工具包、符號數學工具包、圖像處理工具包、統計工具包等 。
- 由于Mathematica提供一種稱為“Notebook”的用戶界面,格式靈活友好,因此用戶能夠很容易地將計算結果直接存成匯報演講稿格式的文件,在這方面比MATLAB更加方便 。
- 啟動軟件后,出現Notebook窗口 。輸入用In[ ]表示,輸出用Out[ ]表示,按“Shift Enter”鍵運行計算 。
- 用戶在Notebook界面下,使用“?”或“??”可查詢函數的定義和用法,獲取幫助信息 。如果使用兩個問號“??”,則幫助信息會更詳細 。例如,“?Plot*”給出所有以“Plot”開頭的命令 。
- 完成計算后,點擊File->Exit菜單退出 。如果文件未存盤,系統將提示用戶存盤,文件名以“.nb”作為后綴,稱為Notebook文件 。需要再次使用存盤的文件時,可以點擊打開 。
- Mathematica 嚴格區分大小寫 。內置函數的首字母須大寫 。當函數名由幾個單詞構成時,每個單詞的首寫字母必須大寫,例如:求局部極小值函數FindMinimum[f[x], {x, x0] 。
- 用戶自定義變量須以小寫字母開頭,后跟數字和字母的組合,長度不限 。
- 特殊字符:
Pi 表示圓周率 。E表示自然常數 。Degree表示角度轉換為弧度的常數,等于Pi/180 。I表示虛數單位,其值為-1的平方根 。推薦閱讀
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