Реферат: Разработка программного обеспечения решения нелинейных уравнений

СодержаниеЗадание на курсовойпроект..................................................................................3

Введение..................................................................................................................

1.

Теоретическаячасть..........................................................................................

1.1

Особенности взаимодействии разноязыковыхмодулей...............................

1.1.1

Проблемыкомплексирования......................................................................

1.1.2

Установкасреды............................................................................................

1.1.3

Согласованиетипов.......................................................................................

1.1.4

Обмен данными..............................................................................................

1.1.5

Информационныйадаптер.............................................................................

2.

Алгоритмическаячасть.......................................................................................

2.1

Математическое решениезадачи......................................................................

3. Разработка структурыпрограммного обеспечения...........................................

3.1. Построение структуры программногообеспечения.......................................

3.2. Описание диалога спользователем..................................................................

Заключние.................................................................................................................

Список использованных источников...................................................................

ПриложениеА. Листинг программы......................................................................

ПриложениеБ. Результаты работыпрограммы....................................................

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

подисциплине: Основы технологии программирования

Тема:Разработка программного обеспечения решения нелинейных уравнений.

Задание:Методом итераций решить систему уравнений с точностью S

-2.Для изображенийкривой (X12+X22)=2*(X12-X22)“Лемнискаты Бернули”, воспользоваться полярнымикоординатами. X2-sinX1=0

X12+X22-1=0 (X1>

Студент группы ИС-992: Загонов Д.В.

Перечень вопросов, подлежащих разработке

<img src="/cache/referats/4010/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1313">1.Методомитераций решить систему уравнений и построить Лемнискату Бернули.

Объём работы (графические работы, расчёты и прочее)

<img src="/cache/referats/4010/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1314">Курсоваяработа состоит из xxxстраниц, содержит 4 иллюстраций,

<img src="/cache/referats/4010/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1315">2приложения, 1 таблицу

<img src="/cache/referats/4010/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1316">Срок защиты курсовой работы 16декабря 1998 г.

<img src="/cache/referats/4010/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1317">Руководитель Э.И. Воробьёв

подпись, инициалы,фамилия

Задание принял студент Д.В. Загонов

<img src="/cache/referats/4010/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1318"> подпись,инициалы, фамилия

ВВЕДЕНИЕ

Язык программирования Pascal, разработанный Н.Виртом еще в 1970г. в настоящее время получил весьма широкое распостранение.Этому способствовали его простота, удобное представление всех структурных конструкций,пригодность для использования как в учебных целях, так и для написаниясерьезных программ, высокая степень модульности, упрощающая процесс прграммирования, результативность автоматической проверкисоставленных программ на их корректность через развитый институт типов данных,высокое быстродействие трансляторов, эффективность объектных модулей.Рассматриваемый язык программирования хорошо приспособлен для решения широкогокруга задач. Он содержит мощные средства структурирования данных.

Персональныекомпьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Персональные компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и странны и получать информацию из крупных банков данных.

Внастоящее время почти вся современная научная деятельность человека связана спрограммированием. Но одной из наиболее неотрывно связанных с вычислительной техникойнаук является дискретная математика, нашедшая применение в современной вычислительнойтехнике и кибернетике: в теоретическом программировании, при проектировании ЭВМна ЭВМ и сетей ЭВМ, баз данных, систем логического управления.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1

Особенности взаимодействия разноязыковыхмодулей

1.1.1.

Проблемы комплексирования

Рассмотримкомплексирование модулей, составленных на различных языках программирования.Для САПР наиболее употребимы универсальные языкиассемблера, ФОРТРАН, ПЛ/1. Особенности операций с разноязыковымимодулями можно свести к двум группам:

1)особенности установки программной среды и вызова модуля;

2)различия в реализации типов и структур данных, проявляющиеся при обмене информациеймежду модулями.

1.1.2. Установка среды

Припередаче управления из модуля, составленного на одном языке, в модуль, составленныйна другом языке, требуется устанавливать программную среду, представляющуюсобой совокупность программ обработки прерываний и аварийных завершений, установки регистров, содержащих адресаобластей, использующихся на протяжении выполнения задачи и др. Поэтому приорганизации вызова модулей, составленных на различных языках, необходимо всякийраз устанавливать среду вызываемого модуля. Рассмотрим процесс установления среды в языкахассемблера, ФОРТРАН, ПЛ/1.

Валгоритмическом языке ФОРТРАН среда устанавливается модулем IBCOM, находящимся в библиотеке компилятора. Помимоустановки среды этот модуль выполняет операции ввода-вывода и др. Для программ,не содержащих операций ввода-вывода и прерываний, среда может не создаваться.Вызов модуля, составленного на языке ФОРТРАН, и установка среды этого языкапредставляют собой различные, самостоятельные действия.

В алгоритмическом языке ПЛ/1 установка средыобеспечивается совокупностью модулей библиотечных, сгенерированных компиляторомПЛ/1, а также построенных пользователем. Место расположения программной средыопределяется вызовом модуля. Таким образом, установка среды в языке ПЛ/1 ивызов самого модуля представляют собой неразрывное целое и считаются однойоперацией.

Длямодулей, написанных на языке ассемблера, компилятор среды не создает. Чтобыобеспечить нормальное функционирование программы для обработки программныхпрерываний и аварийных ситуаций, пользователь должен сам включить в своюпрограмму соответствующие средства, например макрокоманды SPIE, STAE, ABENDи др. Механизм задания среды определяется такжепользователем, который располагается в любом месте исходного модулямакрокоманды задания среды.

Способобращения к модулю определяется языковыми средствами организации связи поуправлению, которое реализуется через активизацию модуля и возврат управления.

Средствапередачи управления алгоритмических языков проиллюстрированы в таблице. /1/

Алгоритмиче-скиеязыки

Характеристика средств передачи управления

Средство

Этап соединения

Тип загрузки

ПЛ/1

CALL

Компиляция

Редактирование

Предварительно

По запросу

Ассемблера

ATACH

LINK

FETCH

XCTL

CALL

Выполнение

Компиляция

Редактирование

Предварительно

По запросу

ФОРТРАН

CALL

Вызов

Функции

Компиляция

Редактирование

Предварительно

По запросу

1.1.3. Согласование типов

Различныеязыки программирования обладают разными наборами типов данных. Возможныеотношения между типами данных приведены ниже.

Кэквивалентным типам данных относятся типы данных, для которых внутреннеепредставление, сгенерированное компиляторами, идентично.

Ккосвенно-эквивалентным типам данных относятся типы данных, для которых нетэквивалентного описания, но с помощью имеющихся языковых средств их можно совместить.

Кнеэквивалентным типам данных относят данные, которые невозможно свести друг кдругу с помощью имеющихся языковых средств.

Рассматриваемыеалгоритмические языки различаются не только типами, а также заданиями длиныотдельных элементов данных. Длина элеметов данныхможет указываться явно или неявно (по умолчанию). Кроме того, необходимоотметить следующие организационные особенности каждого языка:

1)обратное расположение массивов (в языке ФОРТРАН массив располагается в памятипо столбцам, а в языке ПЛ/1 — по строкам);

2)наличие информационного вектора для переменных в языке ПЛ/1 [поскольку в языкеПЛ/1 память под данные может выделяться динамически, компилятор генерируетинформационный вектор, который содержит сведения о переменных, строках имассивах (адрес, длина, количество элементов и пр.)] и имеет различный вид дляразличных структур данных;

3)выравнивание полей, которое определяется тем, что компилятор располагает данныев соответствии с описаниями, выравнивая их, если необходимо, на границы слов иполуслов. /1/

1.1.4. Обмен данными

Наиболеераспространен способ обмена данных с помощью операторов CALLи LINK. При этомосуществляется формирование списка передаваемых данных и списка их адресов.Адрес списка адресов передается вызываемой программе через регистр 1.

Другимраспространенным способом обмена данными является использование общих областей- статически распределеных участков памяти, ккоторым может обращаться любой модульнезависимо от того, на каком языке он написан. Память под общую область отводитредактор связей во время создания загрузочной программы из совокупности общихобластей отдельных модулей. Каждый из рассматриваемых языков имеет средства дляописания общих областей: в языке ФОРТРАН — оператор COMMON, в языке ПЛ/1 — оператор STATICEXTERNAL, в языкеассемблера — оператор COM. /1/

1.1.5. Информационный адаптер

Сучетом вешеизложенного для осуществленияуниверсального информационного интерфейса необходимо:

1)произвести контроль наличия исходных данных для каждого отдельного модуля;

2)задать недостающие исходные данные;

3) проверить соответствие типов,структур и последовательности данных аналогичным характеристикам данных,принятым в вызываемом модуле;

4) преобразовать данные в случаенесоответствия типов;

5) обеспечить передачу данныхвызываемому модулю в соответствии с типом обмена;

6) организовать среду, определяемуюязыком программирования модуля;

7) проверить резулбтаты;

8) выполнить обратное преобразоавание данных в вид, принятый для храненияпромежуточных результатов;

9) сохранить результаты работы модулядля дальнейшего использования;

Реализацияописанных функций выполняется программой-адаптером. Информационное обеспечениеадаптера (рисунок 1.1) включает в себя таблицы описателей модулей, наборовданных, область обмена.

Монитор

МФ

МВв

ТОМ

ТОВх

МВыв

ОО

ПУС

ТОНД

Програмный

адаптер

МФ- модули формирования; МВв — модули ввода; ТОНД — таблица описателей наборов данных; ТОМ — таблица описателей модулей; ПУС — программаустановки среды; ТОВх — таблица описателей входов; МВыв — модули вывода; ОО — области обмена;

Рисунок1.1 — Информационное обеспечение программного адаптера

Таблицаописателей модулей содержит: имя модуля; идентификатор языка программирования;признак типа обмена, принятый в модуле (параметры, общие области, наборыданных); количество параметров; имя описателей входов модуля; имя области обмена;имя описателя набора данных.

Таблицаописателей входов модуля содержит: имя параметра локальное; имя параметраглобальное; характеристику параметра (входной, выходной, модифицируемый); видструктуры (переменная строка, массив арифметический, массив строк, структура,массив структур и т.д.); размерность (для массива); длину (для строк);основание системы счисления (для переменной или элемента массива); формупредставления; точность.

Таблицаописателей наборов данных содержит: имя набора; имя DD-предложения; тип организации; метод доступа; формат и длинаблока; атрибуты записи.

Дляобеспечения преемственности данных следует предусмотреть область памяти, кудазаносились бы те результаты работы каждого модуля, которые принимают участие вдальнейших расчетах. Этой цели служит область обмена - память, выделенная для промежуточныхрезультатов, передаваемых от модуля к модулю. В нее заносятся исходные данныедля первого модуля, результаты вычислений, недостающие данные для промежуточныхмодулей.

Дляорганизации области обмена необходимо:

1)осуществить анализ данных, которые будут циркулировать в среде программногокомплекса в составе САПР с целью определения одинаковых по смыслу переменных;

2)всем одинаковым по смыслу переменным присвоить одно и то же имя, отражающеесемантику этих переменных (глобальные переменные);

3)каждой переменной, встречающейся только один раз, присвоить уникальное имя,отражающее семантику величины (локальные переменные);

4)каждой глобальной и локальной переменной поставить в соответствие тип иструктуру, являющиеся наиболее информативными;

Указаннаясовокупность переменных составляет область обмена, в которой хранится текущеезначение каждой из переменных в наиболее информативном виде.

Вкрупных САПР, программы которых оперируют с большим числом входных,промежуточных и результирующих переменных, области обмена удобно организовыватьв виде некоторого банка данных. Это позволяет возложить часть функций,выполняемых адаптером, на СУБД, что в конечном итоге сокращает время наразработку информационного и программного обеспечения САПР.

Такимобразом, адаптер выполняет всю совокупность операций по организации информационноговзаимодействия между программными модулями. В случае разноязыковыхмодулей адаптер практически берет на себя выполнение соответствующих функцийоперационной системы. Достаточно сложной является также задача построенияобласти обмена, поскольку ее решение связано со структурированием всехпеременных, участвующих в информационном обмене. В крупных САПР, программныемодули которых оперируют с большим числом входных, промежуточных ирезультирующих переменных, функции адаптера по организации и взаимодействию собменными областями целесообразно переложить на типовые СУБД.

Банки данных внастоящее время находят все более широкое применение для организациимежмодульного интерфейса. Их использование наиболее эффективно, когда совокупностьмодулей программного обеспечения зафиксирована и не подлежит изменениям вдальнейшем. В этом случае необходимо составить логическую схему для всейобласти обмена, в которой были бы указаны наименования переменных, ихвзаимосвязи, тип представления. Обращение из программных модулей для получениязначений необходимых переменных должно выполняться с помощью операторов взаимодействияс СУБД. Применение банков данных для целей организации информационного обменасокращает сроки разработки информационного и программного обеспечения САПР. /1/

2. АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Математическое решение задачи

Пусть даныдва уравнения с двумя неизвестными

F1(x, у)=0, (1)

F2(x, у)=0

действительныекорни которых требуется найти с заданной степенью точности.

Мыпредположим, что система (1) допускает лишь изолированные корни. Число этихкорней и их грубо приближенные значения можно установить, построив кривые F1(x, у)=0; F2(x, у)=0 и определив координаты их точек пересечения.

Пусть х=x0; у=y0-приближенные значения корней системы (1), полученныеграфически или каким-нибудь другим способом (например, грубой прикидкой).

Дадимитерационный процесс, позволяющий при известных условиях уточнить данныеприближенные значения корней. Для этого представим систему (1) в виде

x=j

1(x,y),

y=j

2(x,y)

и построимпоследовательные приближения по следующим формулам:

x1=j

1(x0,y0);y1=j2(x0,y0);

x2=j

1(x1,y1);y1=j2(x1,y1); (3)

xn+1=j

1(xn,yn); yn+1=j2(xn,yn)

Еслиитерационный процесс (3) сходится, т. е. существуют пределы

x

=lim xn иh=lim yn,

n®

¥ n®¥

то,предполагая функции j

1(x,y) и j2(x,y)непрерывными и переходя к пределу в равенстве (3) общего вида, получим:

limxn+1=lim j

1(xn,yn)

n®

¥ n®¥

limxn+1=lim j

2(xn,yn)

n®

Отсюда x

=j1(x,h); h=j2(x,h)

т. е.предельные значения x

и hявляются корнями системы(2), а следовательно, и системы (1). Поэтому, взяв достаточно большое числоитераций (3), мы получим числа xnи yn,которыебудут отличаться от точных корней x=xи y=hсистемы (1) сколь угодно мало. Поставленная задача,таким образом, окажется решенной. Если итерационный процесс (3) расходится, тоим пользоваться нельзя.

Теорема. Пусть в некоторой замкнутойокрестности R{a£

x£A; b£y£B}(рис.) имеется одна и только одна пара корней x=xи y=hсистемы (2). Если:1) функции j1(x,y) и j2(x,y)определены и непрерывно дифференцируемы в R; 2) начальные приближения x0, y0и все последующие приближения xn, yn(n=1,2...) принадлежат R; 3) в R выполнены неравенства

½

¶j1/¶x½+½¶j2/¶x ½£q1<1

½

то процесс последовательных приближений (3) сходится к корням x=xи y=hсистемы (2), т.е.

x

=lim xnиh=lim yn,

n®

¥ n®¥

Рисунок2.1-Графики уравнений в замкнутой окрестности.

Структурнаясхема решения задачи представлена на рисунке 2.2.

Начало

Вывод наглядного изображения функции на дисплей

Обнуление массивов и используемых переменных

Установка

X0и Y0

i:=i+1

Вычисление

Xi и Yi

Установка

X0и Y0

Конец

Достигнутаточность

Нет Да

Рисунок2.2-Структурная схема решения задачи.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

3.1.Построение структуры программного обеспечения

Припрограммировании использовался язык программирования TurboPascal. Текст программы приведен вприложении A. На рисунке 3.1 представлена структура программы, решающейпоставленную задачу. Программа имеет монолитно-модульную структуру.

Нахождение решения системы уравнений

еще рефераты

Еще работы по программированию, базе данных

Реферат по программированию, базе данных

Резидентный обработчик клавиатуры (перехват нажатий клавиш и запись в файл)

29 Августа 2013

Реферат по программированию, базе данных

Разработка информационно-справочной системы

29 Августа 2013

Реферат по программированию, базе данных

Разработка информационно-справочной системы "Зарплата по НИР"

29 Августа 2013

Реферат по программированию, базе данных

Пример программирования на Бейсике (результаты сессии 25 студентов, сдавших 5 экзаменов)

29 Августа 2013