2012 Изюмов Коцубинский Компьютерные технологии
.PDFМинистерство образования и науки Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
А. А. Изюмов, В. П. Коцубинский
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ
Учебное пособие
Томск «Эль Контент»
2012
УДК |
001.89:004(076) + 378:004(076) |
ББК |
60.56я73 |
|
И398 |
Рецензент:
Хабибулина Н. Ю., канд. техн. наук, доцент кафедры компьютерных систем в управлении и проектировании ТУСУРа;
Решетникова Г. Н., канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной математики Томского государственного университета.
Изюмов А. А.
И398 Компьютерные технологии в науке и образовании : учебное пособие / А. А. Изюмов, В. П. Коцубинский. — Томск: Эль Контент, 2012. — 150 с.
ISBN 978-5-4332-0024-1
Учебное пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании», включает пояснительный материал, задания и рекомендуемую литературу к 3-м практическим занятиям в форме лабораторных работ.
Предназначено для бакалавров по направлению «Управление в технических системах».
УДК |
001.89:004(076) + 378:004(076) |
ББК |
60.56я73 |
ISBN 978-5-4332-0024-1 |
© Изюмов А. А., |
|
Коцубинский В. П., 2012 |
|
© Оформление. |
|
ООО «Эль Контент», 2012 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
1 Введение в курс «Компьютерные технологии» |
5 |
1.1Компьютерные технологии. Основные понятия . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Наука как объект компьютеризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
2 Компьютерные технологии на этапе сбора и предварительной |
|
обработки |
10 |
2.1Виды научно-технической информации и ее обработка . . . . . . . . . 10
2.2Основные сведения об Интернете . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3Работа с основными веб-браузерами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4Поиск в Гугле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.1Основы поиска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.2Показ ключевых слов в результатах . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.3 Логическое «И» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.4Заглавные буквы или прописные? . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
|
2.4.5 |
Логическое «ИЛИ» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
|
2.4.6 |
Морфологический поиск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
|
2.4.7 |
Поиск словосочетаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
|
2.4.8 |
Улучшение запроса во время поиска . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
|
2.4.9 |
Исключение слов из запроса. Логическое «НЕ» . . . . . . . . . |
25 |
|
2.4.10 |
Количество слов в строке поиска . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
26 |
|
2.4.11 |
Запрос подстановки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
26 |
|
2.4.12 |
Использование синонимов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
27 |
|
2.4.13 |
Операторы поиска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
27 |
|
2.4.14 |
Поиск числовых значений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
32 |
|
2.4.15 |
Кнопка «Мне повезет» (в английском варианте — "I’m Feeling |
|
|
|
Lucky") . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
|
2.4.16 |
Расширенный поиск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
2.5 |
Поиск в Яндексе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
|
2.6 |
Основы работы с СУБД Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
35 |
2.7Система оптического распознавания FineReader (FR) . . . . . . . . . . 49
2.8Автоматизированный перевод в системе Promt . . . . . . . . . . . . . . 51
2.9Автоматизированный перевод в Google Transltate . . . . . . . . . . . . 52
2.10Задание на лабораторную работу №1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3 Компьютерные технологии в теоретических исследованиях |
58 |
3.1Состав и методы теоретических иследований . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2Компьютерная поддержка теоретических исследований . . . . . . . . 59
4 Оглавление
4 Компьютерные технологии в научном эксперименте, моделировании |
|
и обработке результатов научных исследований |
61 |
4.1Задачи и состав экспериментальных исследований . . . . . . . . . . . 61
4.2Содержание этапа обработки результатов научных исследований . . 63
4.3Табличный процессор Excel в научных исследованиях . . . . . . . . . 65
4.3.1Элементы диаграммы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.2Изменение базовой диаграммы в соответствии с потребностями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.3Применение готовых стилей и макетов диаграмм для профессионального оформления . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.4Привлекательное форматирование диаграммы . . . . . . . . . . 74
4.3.5Повторное использование диаграмм путем создания шаблонов 74
4.4Система MathCAD в научных исследованиях . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.4.1Интерфейс программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.4.2Алфавит программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.4.3Элементарные встроенные математические функции . . . . . 101
4.4.4Специальные встроенные математические функции . . . . . . 102
4.4.5Функции с условиями сравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4.6Математические выражения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.4.7Присвоение переменных и функций пользователя . . . . . . . 106
4.4.8 Ранжированные переменные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.4.9Индексация элементов массивов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.4.10Графика в системе MathCAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5Задание на лабораторную работу №2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5 Компьютерные технологии в оформлении результатов научных |
|
исследований |
136 |
5.1Процесс и средства оформления научных работ. Используемые программные средства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2Комплексы взаимодействующих приложений. Основные сведения . . 138
5.3Обмен данными в MS Office . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.4Задание на лабораторную работу №3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Заключение |
143 |
Литература |
145 |
Глоссарий |
147 |
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ В КУРС «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Соглашения, принятые в книге
Для улучшения восприятия материала в данной книге используются пиктограммы и специальное выделение важной информации.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает определение или новое понятие.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает внимание. Здесь выделена важная информация, требующая акцента на ней. Автор здесь может поделиться с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых ошибок.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает совет. В данном блоке можно указать более простые или иные способы выполнения определенной задачи. Совет может касаться практического применения только что изученного, или содержать указания на то, как немного повысить эффективность и значительно упростить выполнение некоторых задач.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает ссылку на ресурс в сети.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 |
Глава 1. Введение в курс «Компьютерные технологии» |
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Пример . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает пример. В данном блоке автор может привести практический пример для пояснения и разбора основных моментов, отраженных в теоретическом материале.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1Компьютерные технологии. Основные понятия
Влюбой области деятельности человека технология — это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, под которыми следует обобщенно понимать выполняемую работу.
Впроизводственных процессах важнейшим ресурсом является информация как один из основных факторов повышения их эффективности. В этой связи под термином информационная технология понимают современные виды информационного обслуживания, основанные на использовании средств вычислительной техники, связи, множительных средств и оргтехники.
Компьютерные технологии (обобщенное¨ название технологий, отвечающих за хранение, передачу, обработку, защиту и воспроизведение информации с использованием компьютеров) являются частью информационных и обеспечивают сбор, обработку, хранение и передачу информации с помощью ЭВМ.
Основу современных компьютерных технологий составляют три технологических достижения: возможность хранения информации на машинных носителях, развитие средств связи и автоматизация обработки информации с помощью компьютера.
Практически компьютерные технологии реализуются применением программ- но-технических комплексов, состоящих из персональных компьютеров или рабочих станций с необходимым набором периферийных устройств, включенных в локальные и глобальные вычислительные сети и обеспеченных необходимыми программными средствами. Использование названных элементов увеличивает степень автоматизации как научных исследований, так и учебных процессов, что служит основой их совершенствования.
Компьютерные технологии повышают уровень эффективности работ в науке и образовании за счет следующих факторов:
1)Упрощение и ускорение процессов обработки, передачи, представления
ихранения информации.
2)Увеличение объема полезной информации с накопителем типовых решений
иобобщением опыта научных разработок.
1.2 Наука как объект компьютеризации |
7 |
3)Обеспечение глубины, точности и качества решаемых задач. Возможность реализации задач ранее не решаемых. Постановка исследований и получение результатов, недостижимых другими средствами.
4)Возможность анализа большого числа вариантов синтеза объектов и принятия решений.
5)Сокращение сроков разработки, трудоемкости и стоимости научно-техни- ческих работ при улучшении условий работы специалистов.
Компьютерные технологии в настоящее время используется практически во всех сферах деятельности человека. Задача нашего курса — обобщить знания по компьютерным технологиям применительно к научным исследованиям и образованию.
Обычно, прежде чем говорить о применении компьютерных технологий в ка- кой-либо деятельности, проводят тщательный анализ этой сферы для определения целесообразных направлений ее рационального использования.
1.2 Наука как объект компьютеризации
Известно, что наука — это сфера деятельности, направленная на получение новых знаний, которая реализуется с помощью научных исследований.
Целью научных исследований является изучение определенных свойств объекта (процесса, явления) и на этой основе разработка теории или получение необходимых для практики обобщенных выводов.
По целевому назначению научные исследования делят на фундаментальные, прикладные и научные разработки.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Фундаментальные научные исследования связаны с изучением новых явлений и законов природы, с созданием новых принципов исследований (физика, математика, биология, химия и т. д.).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Прикладные исследования — это нахождение способов использования законов природы и научных знаний, полученных в фундаментальных исследованиях, в практической деятельности человека.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Разработки — это процесс создания новой техники, систем, материалов и технологий, включающий подготовку документов для внедрения в практику результатов прикладных научных исследований.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Реализация целей научных исследований выполняется на основе методов. Метод — это способ достижения цели, программа построения и применения теории.
Методы научных исследований делят на следующие группы: эмпирические, экспериментальные и теоретические. Особую группу составляют методы научнотехнического творчества.
8 |
Глава 1. Введение в курс «Компьютерные технологии» |
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эмпирические исследования выполняются с целью накопления систематической информации о процессе. При этом используются методы: наблюдение, регистрация, измерение, анкетный опрос, тесты, экспертный анализ.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Экспериментальный уровень научных исследований — это изучение свойств объекта по определенной программе.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Теоретические исследования проводятся с целью разработки новых методов решения научно-технических задач, обобщения и объяснения эмпирических и экспериментальных данных, выявления общих закономерностей и их формализации.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
На двух последних уровнях используются методы моделирования, методы анализа и синтеза, логические построения (предположения, умозаключения), аналогии, идеализации.
В научно-техническом творчестве используются как названные общенаучные методы, так и эвристические приемы эффективного решения творческих задач, способствующие наиболее быстрому нахождению решения (озарению), т. е. разного рода оригинальные находки.
Рациональная организация научно-исследовательских работ строится с использованием принципов системного подхода и схематично может быть представлена следующим образом (рис. 1.1).
Исходя из задач научных исследований и порядка их реализации можно определить следующие основные направления рационального применения компьютерных технологий в научных исследованиях:
1)Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации.
2)Подготовка программ научных исследований, подбор оборудования и экспериментальных устройств.
3)Математические расчеты.
4)Решение интеллектуально-логических задач.
5)Моделирование объектов и процессов.
6)Управление экспериментальными установками.
7)Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных.
8)Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов.
9)Обобщение и оценка результатов научных исследований.
10)Оформление и представление итогов научных исследований.
11)Управление научно-исследовательскими работами.
Контрольные вопросы по главе 1 |
9 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.1 – Схема организации научно-исследовательской работы
Наиболее эффективно, когда эти задачи реализуются в рамках автоматизированных систем научных исследований.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1)В чем различие между фундаментальными и практическими научными исследованиями?
2)Для чего не может применяться ЭВМ в научных исследованиях: 1. Для математического моделирования. 2. Для оформления результатов исследований. 3. Для синтеза предложений по направлению научных исследований.
3)Что является результатом использования компьютерных технологий в науке? 1. Формализация данных. 2. Снижение эффективности обработки данных. 3. Представление данных в форме, наиболее удобной для машинной обработки.
Глава 2
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ЭТАПЕ СБОРА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
2.1 Виды научно-технической информации и ее обработка
При системном подходе научные исследования начинаются со сбора и предварительной обработки научно-технической информации по теме исследования. Эта информация может включать сведения о достижениях в исследуемой области, об оригинальных идеях, об открытых эффектах, научных разработках, технических решениях и т. д.
Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы:
1)Какие авторы или научные группы занимаются аналогичной темой?
2)Каковы известные решения по исследуемой теме?
3)Какими известными методами и средствами решаются исследуемые проблемы?
4)Каковы недостатки известных решений и какими путями их пытаются преодолеть?
Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно-техническое решение, отвечающее высокому уровню.
Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, аудиовизуальными и машиночитаемыми.
Научные документы подразделяются на первичные и вторичные, опубликованные и неопубликованные.