Введение 3
I Основы компьютерного моделирования и научных
вычислений 5
1.1 Основные понятия 6
1.2 Этапы моделирования 8
1.3 Моделирование на языке Python 13
II Основные аспекты языка Python и библиотеки SciPy 16
11.1 Основные определения 16
11.2 Установка Python 18
11.3 Описание языка 18
11.4 Библиотека SciPy 28
11.5 Интегрированная среда PyCharm 33
III Методическое пособие по компьютерному моделированию и
научным вычислениям с использованием библиотеки SciPy на языке Python 36
111.1 Урок 1. Создание окна SciPy 37
111.2 Урок 2. Основные функции Numpy 38
111.3 Урок 3. Специальные функции 40
111.4 Урок 4. Интегрирование 41
111.5 Урок 5. Поиск корней 43
111.6 Урок 6. Интерполяция 45
111.7 Урок 7. Преобразования Фурье 48
111.8 Урок 8. Обработка сигналов 49
111.9 Урок 9. Линейная алгебра 51
111.10 Урок 10. Статистика 57
Заключение 60
Литература 61
Научно-технический прогресс с каждым днем все больше проникает во все сферы, которые связаны с образовательной деятельностью и диктуют педагогу необходимость выбирать наиболее результативные средства обучения, которые основываются современными методами и новыми технологиями.
В связи с тем, что общество становится все более зависимо от информационных технологий, появляется необходимость в подготовленных специалистах. Одним из наиболее перспективных направлений является моделирование, так как мышление обучающихся отличается предметной образностью и наглядной конкретностью.
На настоящее время более перспективным способом моделирования является компьютерное моделирование и имеются разнообразные средства для этого. Одним из подобных средств является язык Python. Python - это высокоуровневый язык программирования всеобщего предназначения, который ориентирован на увеличение производительности разработчика и читаемости кода. Вместе с тем стандартная библиотека содержит высокий объём полезных функций, которые позволяют работать с различными математическими вычислениями, с операционной системой, с изображением, с графикой. Простой синтаксис и богатые возможности позволяют записывать программы очень кратко, но в то же время понятно. Одним из нестандартных библиотек является SciPy - открытое программное обеспечение для математики, науки и техники. Она включает в себя модули для статистики, линейной алгебры, преобразования Фурье, обработки сигналов и изображений, решений ОДУ, и многое другое.
В представленной работе разрабатывается учебный курс, по моделированию и визуализации данных, предназначенных для учеников
старших классов или для студентов, которые учатся по физикоматематическим направлениям.
Актуальность работы:
На сегодняшний момент компьютерное моделирование обширно используется во многих сферах человеческой деятельности. Существует много различных программных средств для компьютерного моделирования, многие из которых являются платными. Таким образом, в школах и во многих ВУЗах приобретение и использование дорогостоящих систем компьютерной алгебры, как Maple и Mathematica затруднительно. Имеет смысл рассмотреть и проанализировать бесплатные средства компьютерного моделирования. Одним из таких средств является язык Python. Он легко в использование и имеет большой спектр возможностей для компьютерного моделирования.
Цель работы: создать методическое пособие по компьютерному
моделированию с высоким уровнем команд для манипулирования и визуализации данных с использованием библиотеки SciPy на языке Python. Задачи:
1. Изучить основы программирования языка Python.
2. Изучить библиотеку SciPy.
3. Создать методическое пособие по компьютерному моделированию с использование библиотеки SciPyrn языке Python.
Квалификационная работа состоит из Введения, 3-х глав, Заключения и Списка использованной литературы. Первая глава посвящена обзору компьютерного моделирования и математических вычислений. Вторая глава посвящена описанию среды программирования Python, библиотеки SciPy техническим процессам. В третьей, оригинальной главе, представлено методическое пособие по компьютерному моделированию с использованием библиотеки SciPy на языке Python. В Заключении кратко сформулированы основные результаты.
Таким образом, в данной работе решены следующие задачи:
1. Изучены основы программирования языка Python;
2. Изучена библиотека SciPy;
3. Создано методическое пособие по компьютерному моделированию физических процессов с использованием библиотеки SciPy на языке Python.
Итак, поставленные задачи в квалификационной работе были решены и цель достигнута.
