Matematický software pro Linux

Transkript

1 Matematický software pro Linux Michal Černý LinuxAlt 2010

2 Abstrakt Příspěvek stručně představí základní matematické aplikace, které jsou k dispozici jako open source pro Linux, se zvláštním zřetelem na možnosti využití ve školství. Řeč bude o nástrojích pro analýzu a vizualizaci dat, nástrojích počítačové algebry (CAS) i o dalších zajímavých aplikacích. Vše bude doplněno praktickými zkušenostmi i porovnáním s komerčními programy - Origin, Maple či Matlab.

3 Matematický software Je důležité definovat: K čemu jej vlastně chceme užívat? Za jakou cenu? Jaké na něj máme požadavky? Jen málo kdy se snaží jedinci i komunity tvořit téměř identickou kopii komerčního produktu. Častěji se snaží o přístup k podobným funkcím, pro konkrétní skupinu uživatelů.

4 Didaktické poznámky Dle RVP má výuka seznámit žáky s funkcionalitou operačních systémů a různých prostředí. Má být kladen důraz na diversifikaci aplikací tak, aby student porozuměl problematice a byl schopen aktivní činnosti a adaptability na různé aplikace či OS. Z tohoto pohledu jsou Linux a open-source aplikace ideální pro gymnasiální výuku, i přes stále převládající názor, že výuka informatiky spočívá v seznámení se s MS Word, Excel a PowerPoint. Pokud máme na výběr mezi aplikací zdarma dostupnou a placenou, lze považovat za obecnou slušnost vzhledem ke studentům, že zvolíme takový software, který jim bude co nejlépe a nejvíce k dispozici, tedy bezplatný.

5 Rozdělení Nástroje na analýzu a vizualizaci dat. Computer algebra system (CAS). Nástroje na výpočty a matematické programování. Výukové nástroje. Statistika (R, GNU PSSP,...). Poměrně často je ale aplikace někde mezi těmito kategoriemi.

6 My se pokusíme o subjektivně selektivní výběr.

7 Nástroje na analýzu a vizualizaci dat

8 Motivace Potřebujeme zobrazit nějaká data výsledky měření, experimentu, dotazníků, Potřebujeme tato data analyzovat zjistit funkční závislost a matematicky ji popsat. Je nutné přiměřeně jednoduché prostředí, neboť s daty musí umět nakládat téměř každý. Didaktická vhodnost student se naučí přemýšlet dopředu o tom co měří, jak to zpracuje a co vlastně bude chtít zjistit. Podstatně esteticky hezčí výstupy. Nesrovnatelně vyšší výkon při velkém množství dat. Zásadně širší možnosti analýzy.

9 Příklady Zúžíme svou pozornost na otevřené, zdarma dostupné programy. Konkrétní zástupci: QtiPlot SciDAVis LabPlot gnuplot Vesuv

10 QtiPlot Nabízí základní funkce pro tvorbu grafů ve 2D i 3D, včetně poměrně pokročilé analýzy. Je k dispozici v češtině, ale bezplatně jen pro Linux, pro Windows je nutné si připlatit. Vysoký výkon i funkčnost. Značná podobnost Originu méně funkcí, ale jednoduché ovládání. Stabilní běh programu. Standard v oblasti mezi open source programy.

11 QtiPlot

12 SciDAVis Fork QtiPlot určený pro využití ve vzdělávání. Především nejběžnější funkcionalita, ale velmi snadné ovládání. Orientace na běžně potřebné nástroje základní proložení, jednoduché grafy, snadná aplikace funkcí na sloupec. Existuje bezplatně pro Linux i Windows. Ovládání zvládne opravdu každý. Asi nejlepší volba pro školy.

13 SciDAVis

14 LabPlot Zaměřen na 3D grafy, ale k dispozici jsou také 2D varianty. Určen pro Linux (KDE), ale lze jej spustit i pod Windows. Podpora importu/exportu projektů Originu. Podpora práce s databázemi. Základní paleta funkcí obvyklých, ale nechybí ani speciální nástroje. Složitější ovládání, občasné běhové chyby.

15 LabPlot

16 gnuplot Jednoduché prostředí, vhodné především tam, kde chceme propojit informatiku s vědou, ve které zpracováváme výsledky. Výhodou je vykreslování obecně zadaných funkcí. Zdarma dostupný skrz platformy. Užití pro zpracování výsledků měření je pro většinu uživatelů poměrně obtížné. Nepoužitelné pro běžné uživatele.

17 gnuplot

18 Computer Algebra System

19 wxmaxima K dispozici pro Linux i Windows, plně lokalizovaná. Licence GNU-GPL. Symbolické výpočty, řešení rovnic, práce s maticemi, diferenciální a integrální počet, komplexní čísla, vektory,... Stabilní a přehledné prostředí. Existuje grafická i textová verze. Tvorba grafů.

20 wxmaxima

21 Cantor Sdružuje několik matematických aplikací (Sage, Maxima, R a KAlgebra.). Určen pro školy a školství. Univerzální IDE určené pro KDE zvýraznění syntaxe, export do LaTeX. Chybí lokalizace do češtiny. Licence GNU-GPL.

22 Cantor

23 Výpočty na úrovni: Hledání nového Matlabu?

24 Genius Mathematics Tool Pochází z české dílny. K programování slouží speciální jazyk GEL (programování nových fcí je relativně snadné) Základní spektrum funkcí algebry, komplexních čísel, trigonometrických fcí,... Podporuje numerické výpočty. Možnost doplnit své vlastní funkce. Aplikace se ovládání prostřednictvím konzole. Občasné běhové chyby.

25 Genius Mathematics Tool

26 FreeMath Přibližně 95% kompatibilita kódu s Matlabem. Absence toolboxů a slabší výkon. Pro jednodušší výpočty je zcela dostatečný. Nabízí pokročilou 3D vizualizaci, snadnou možnost rozšíření externími kódy a podporu paraelních výpočtů. Vhodný především pro méně náročné uživatele a školy. Multiplatforní.

27 FreeMath

28 Scilab Podporuje toolboxy a výpočty v reálném čase. Využití jako analyticko-měřící soupravy v laboratoři i technické výpočty. Vhodné také pro menší, úzce profilované firmy. Dobrá práce se vstupním signálem. Xcos jednoduchá náhrada za Simulink. Multiplatformní. Licence SCILAB license.

29 Scilab

30 Octave Do určité míry kompatibilní s Matlabem. Existuje řada toolboxů, vylepšení, zásuvných modulů či alternativ. Velmi solidní výkon zřejmě nejlepší náhrada Matlabu. Maticové výpočty; numerické modely, integrování, grafický výstup. Multiplatformní. Licence GNU-GPL.

31 Octave

32 Několik drobností z geometrie pro školy

33 CaRMetal Interaktivní geometrie s podporou maker a sadou nástrojů pro kontrolu rysů. Podpora 3D i 2D geometrie. Velká paleta předdefinovaných funkcí. Snadné ovládání a svobodná tvorba. Pokročilá tvorba popisků. Export do EPS. Vytvořeno v Javě.

34 CaRMetal

35 Dr.Geo Striktní a přesná geometrie. Určené především pro školy. Podpora animací pomocí maker. Pokročilé nástroje na přesun objektů. Lokalizován do češtiny. IDE určeno již od 10 let věku. Multiplatformní.

36 Dr.Geo

37 Děkuji za pozornost.

38 Šířeno pod licencí GNU FDL