Matematický software pro Linux Michal Černý LinuxAlt 2010 11/06/10
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. 11/06/10
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. 11/06/10
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.
11/06/10
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. 11/06/10
My se pokusíme o subjektivně selektivní výběr.
11/06/10
Nástroje na analýzu a vizualizaci dat
11/06/10
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. 11/06/10
Příklady • Zúžíme svou pozornost na otevřené, zdarma dostupné programy. • Konkrétní zástupci: – – – – – – 11/06/10
QtiPlot SciDAVis LabPlot gnuplot Vesuv …
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. 11/06/10
QtiPlot
11/06/10
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. 11/06/10
SciDAVis
11/06/10
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. 11/06/10
LabPlot
11/06/10
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. 11/06/10
gnuplot
11/06/10
Computer Algebra System
11/06/10
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. 11/06/10
wxMaxima
11/06/10
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.
11/06/10
Cantor
11/06/10
Výpočty na úrovni: Hledání nového Matlabu?
11/06/10
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. 11/06/10
Genius Mathematics Tool
11/06/10
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. 11/06/10
FreeMath
11/06/10
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. 11/06/10
Scilab
11/06/10
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. 11/06/10
Octave
11/06/10
Několik drobností z geometrie pro školy
11/06/10
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. 11/06/10
CaRMetal
11/06/10
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.
11/06/10
Dr.Geo
11/06/10
Děkuji za pozornost.
11/06/10
Šířeno pod licencí GNU FDL
11/06/10
