Как правило, Mathcad-документы имеют структуру, состоящую из трех частей – ввод исходных данных, расчет и вывод ответа. Эти части нередко выделяют в три области – Areas, в которых возможны сепаратные действия – защита от редактирования (Lock-Unlock) и/или скрытие (Collapse-Expand).
Структура реального документа, как правило, не имеет четких границ между этими тремя областями.
Если область расчета занимает несколько страниц, то при отладке ее «захлопывают» (команда Collapse) для того, чтобы одновременно видеть исходные данные и результат. Можно разбить расчет на несколько областей и открывать их поочередно. При желании в области можно создать новую область и выстроить расчет по иерархии (недокументированный прием).
Пользователь может изменить значения переменных а и/или b и считать результат – значение переменной с, равной сумме а и b. Пользователь может также усложнить и развить этот документ – ввести новые переменные и формулы, построить графики и т.д. и т.п. Но это будет уже не пользователь, а разработчик (технология MAS четко делит людей на эти две категории). Первый этап подготовки документа и публикации на MAS – это выделение операторов присваивания (не только операторы := или ≡ (глобальное присваивание), но и так называемые Controls, введенные в Mathcad 2001), через которые будущий Интернет-пользователь может менять исходные данные. Эти операторы присваивания должны быть заменены на так называемые WebControls – «сетевые элементы интерфейса» (рис. 2.2), с аналогами которых читатель уже давно знаком, вводя информацию по различным Интернет-запросам или запуская приложения, созданные с помощью Visual Basic или Visual С или просто форматируя текст в Word.
WebControls есть не у любой версии Mathcad, а только у Mathcad 11.1 Enterprise Edition (и выше; у автора на компьютере стоит Mathcad 11.2а – с диска была установлена версия 11.0, а «заплатка» 2а была «скачана» с сайта http://www.mathcad.com/download).
WebControls отличаются от своих несетевых аналогов (Controls – см. их список над словом WebControl в центре рис. 2.2, а также панель правее слова Go) главным образом тем, что для функционирования WebControls не надо писать или редактировать программы на языках, поддерживающих технологию Active Scripting (JScript и VBScript – см. рис. 2.15). Такие программы в сети нежелательны, т.к. через них в основном переносятся компьютерные вирусы. Из-за этого многие разработчики не вставляют в свои программы Controls, а по-прежнему используют только операторы := или ≡ . В среде Mathcad 2001i появилась возможность фиксации таких «скриптов» в открываемом документе, как это делается в среде Word или Excel. По этой причине можно рекомендовать вставлять WebControls не только в Mathcad-документы, подготавливаемые к открытию в сети, но и в обычные, несетевые. Следует только помнить, что Mathcad-документ с WebControls может работать только в среде Mathcad 11.2 Enterprise Edition – в самой последней (февраль 2004) и самой дорогой версии этого вычислительного пакета.
Документ после подготовки и публикации на MAS должен выглядеть так.
При открытии этого документа на MAS линии и комментарии, отмечающие границы областей, не будут видны. Но при необходимости их можно прописать комментарием – цепочкой тире, например, чтобы будущий пользователь расчетного документа, знал, что тут находится выделенная область. Целесообразно таким комментарием помечать скрытую область, где запрятан расчет
Границы областей, маркированных нами как «Исходные данные», «Расчет» и «Вывод ответа», как уже отмечено, на MAS не будут видны. Можно «захлопнуть» область «Расчет» и оператор с:= a + b не будет виден. Это очень важно – разработчик может скрыть от пользователя часть Mathcad-документа, опубликованного в сети, предоставляя возможность только счета. А можно, наоборот, открыть и выделить цветом наиболее интересные и важные части расчета, например, для проверки как самой методики расчетов так и исходных данных. Кстати, о проверке. Если в нашем примере на рис. 2.1 и 2.3 переменные а и/или b могут принимать значения только в оговоренных интервалах (0 < a < 3, например), то будет полезно вставить в Mathcad-документ некий «КПП» (контрольно-пропускной пункт: a := if(0 < a < 3, a, “Ошибка!”), блокирующий дальнейшие вычисления, если пользователь ненароком или специально ввел неверные исходные данные. Здесь важно не только правильно записать формулы, но и защитить документ «от дурака». Такие же «кпп» хорошо установить перед выводом ответа. Они должны блокировать вывод результата, если исходные данные дают несовместимое сочетание. Так по адресу http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Calc_Q_VPU.mcd хранится программа расчета проектной производительности водоподготовки для электростанции, которая возвращает не число, а текст «Ошибка в данных!», если пользователь ввел ошибочное сочетание параметров проектируемой станции.
Название «Text box» не совсем правильное. Через этот элемент интерфейса можно вводить не только (и не столько) текстовые константы, но и числа – простые (как на рис. 2.3), так и комплексные (-5+3i, например). При этом приходится опираться на старую (DOS-овскую) запись формата чисел: не 103, а Е3 (е3). Если введенная строка символов не «похожа» на число, то она воспринимается как текст. В несетевом аналоге текстового окошка любая цепочка символов воспринимается как текст, который нужно было конвертировать в число функцией num2str из группы встроенных функции «String».
В первых трех случаях введенная информация воспринимается как числовая константа (число – простое или комплексное), а в четвертом – как текстовая константа (цепочка символов в кавычках).
Автором совместно с Томом Гудманом (Tom Gudman – tom_gutman@compuserve.com) разработана методика ввода через текстовое окошко (так и хочется сказать «игольное ушко») массивов (векторов и матриц), а также функций пользователя.
Цепочка символов, введенная в текстовое окошко, преобразуется в вектор с помощью пользовательской функции Str2VMat. При этом разделителями чисел в текстовом окошке могут быть любые символы, отличающиеся от 0…9, точки (десятичный разделитель) и знака «минус». В нашем случае разделителями чисел служат пробелы.
Матрицу можно ввести построчно или по столбцам, несколько усложнив метод, показанный на рис. 2.5, – вводя отдельные строки. Но если матрица квадратная и произвольного размера, то можно ввести ее в виде вектора размером n2, а затем «упаковать» в квадратную матрицу.
Таким же образом можно ввести и неквадратную матрицу, оговорив число строк и столбцов в ней.
Частично решена и проблема ввода через текстовое окошко функции пользователя. Сам алгоритм перевода текста в формулу довольно громоздок (его можно скачать тут ), и на рис. 2.7 не показан – спрятан в захлопнутой области (пояснения по вводу функций через текстовое окошко). Этот же алгоритм может быть использован и для ввода значения переменной не константой (1.25, например), а арифметическим выражением (45/12+11), включающим и ранее введенные и встроенные переменные (PI/4*d^2, например). Если необходимо, чтобы у пользовательской функции аргументы были собраны в вектор, то прибегают к дополнительному оператору f(X):=f(X0,X1,...). Так, к примеру, реализован расчет глобального минимума по генетическому алгоритму – см. http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Minimum.mcd.
Частичность этого решения в том, что к данной функции нельзя применить символьную математику и использовать в ней переменные, заданные ранее, хотя список аргументов функции y можно изменять и расширять (см. пример по адресу http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Fit_f_x_a_b_c.mcd /Fit_f_x_a_b_c.mcd).
Пример работы с функцией, введенной через текстовое окошко http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/F_X_Y_Plot.mcd.
Очень полезной особенностью Mathcad является его работа с физическими величинами.
Очень часто единицы измерения в расчетах фигурируют лишь как комментарии, а не множители, упрощающие и контролирующие сам расчет. Это связано с тем, что: 1) многие встроенные функции Mathcad не приспособлены к работе с размерными аргументами (см. статью по этому поводу – http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Unit_MC_MP/Unit_MC_MP.htm); 2) массивы (вектора и матрицы) Mathcad могут хранить только безразмерные величины или величины, одной физической величины – длина, давление и т.д. и 3) в расчетах фигурируют так называемые эмпирические формулы – формулы, где переменные связаны с конкретными единицами измерений, а не с физическими величинами. Если единица измерения (мг/л, например) фигурирует в расчете не как переменная, а как комментарий, то рекомендуется вставлять ее в расчет, как единичный коэффициент, завершающий оператор вывода числового значения – мг/л: = 1 C=25 ■ ← мг/л. В этом случае единица измерения станет «плавающей» – будет перемещаться оставаться на нужном месте при изменении длины выводимого числа (см. пример http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Comp_procent.mcd).
Если число вариантов ввода информации ограничено, то можно (нужно) ее вводить не через текстовое окошко (через клавиатуру), а через выбор из предложенного списка (мышкой). Мы это уже делали, прося пользователя не набирать единицу длины на клавиатуре, а выбрать ее из трех вариантов – m, mm и cm. Если в списке всего две позиции (да или нет – альтернативный вопрос), то обычно используют «галочку», три и более – радиокнопки и/или список. Список отличается от радиокнопок лишь тем, что в списке часть позиций может быть скрыта и выведена на экран прокруткой. (Если же из списка нужно выбрать не одну, а несколько позиций, то его заменяют на группу галочек – см. пример http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Tests/Test_Cone.mcd). В принципе, галочки более универсальный инструмент, чем радиокнопки, хотя требуют более сложного программирования. В радиокнопках всегда должна быть активирована одна из кнопок, и этим как бы пользователю подсказывается одно из решений, которое может быть и ложным. Галочки же могут быть все пустыми, что оставляет пользователю полную свободу выбора. Кроме того, расстояние между галочками может быть любым и расположены они на листе могут в любом порядке, а не только вертикально как радиокнопки. Дополнительно можно запрограммировать так, что галочки будут перемешиваться перед каждым обращением к документу. Это также будет исключать какое-либо предпочтение при выборе варианта. Выбранных позиций в группе галочек может быть больше чем одной, что может быть задумано разработчиком при создании данной расчетной или проверочной методики.