Возможности ресурсов сети для решения вычислительных задач

Особо следует отметить динамику развития LabVIEW. Первая его версия была создана в 1986 году компанией National Instruments в результате поисков путей сокращения времени программирования измерительных приборов. Версии LabVIEW с второй по седьмую проявлялись в 1990, 1992, 1993, 1996, 2000 и 2003 годах. Каждая последующая существенно расширяла возможности предыдущей версии и прежде всего по обмену данных с измерительными приборами и работе с другими программными продуктами.

Сфера применимости LabVIEW также  непрерывно расширяется. В образовании  она включает лабораторные практикумы по электротехнике, механике, физике. В фундаментальной науке LabVIEW используют такие передовые центры как CERN (в Европе), Lawrence Livermore, Batelle, Sandia, Oak Ridge (США), в инженерной практике - объекты космические, воздушного, надводного и подводного флота, промышленные предприятия и т.д.

LabVIEW является идеальным  программным средством для создания  систем измерения, а также систем  автоматизации управления на  основе технологии виртуальных  приборов. LabVIEW-программа в комплексе  с такими аппаратными средствами, как встраиваемые в компьютер многоканальные измерительные аналого-цифровые платы, платы захвата и синхронизации видеоизображения для систем машинного зрения, платы управления движением и исполнительные механизмы, а также измерительные приборы, подключаемые к компьютеру через стандартные интерфейсы RS-232, RS-485, USB, GPIB (КОП), PXI, VXI, позволяет разрабатывать системы измерения, контроля, диагностики и управления практически любой сложности.

LabVIEW имеет собственную  мощную математическую поддержку. Кроме того, LabVIEW может интегрировать в себя программы, написанные в среде MATLAB. Большое количество встроенных алгоритмов цифровой обработки одномерных и двумерных сигналов позволяет осуществлять весьма сложную обработку сигнала, изображения и экспериментальных данных во временной, пространственной и спектральной областях. Программная среда LabVIEW постоянно расширяется новыми средствами обработки сигналов на основе вейвлет анализа, алгоритмов нечеткой логики, сетевых технологий и т. д.

Роль программных  сред, подобных LabVIEW, в научных исследованиях и технических экспериментах весьма велика. В настоящее время в науке наблюдается своего рода «ренессанс» эксперимента. Вызвано это развитием и совершенствованием измерительной техники и появлением нового поколения высокоточных и высокочувствительных измерительных приборов и автоматизированных измерительных систем, с помощью которых регистрируются тонкие эффекты 3-4-го порядка малости. Несмотря на свою «малость», эти эффекты часто играют ключевую роль в формировании основного явления, влияния на качество конечной продукции и т. д. Анализ подобных эффектов, как правило, оказывается вне досягаемости теоретических моделей. Поэтому в большинстве случаев эксперимент является единственным источником качественно новой и надежной информации. При этом результат достигается гораздо быстрее, чем методами «чистой» теории. Зачастую это выгодно и экономически, так как рядовой экспериментатор, вооруженный современным инструментарием, подобным LabVIEW, может достаточно скоро получить нужную информацию.

Традиционно для  исследователя функции моделирования  и экспериментирования разделены. Моделирование осуществляется в  среде математических программных  пакетов, а эксперименты поддерживаются другими программными средствами, что  отнюдь не повышает эффективность исследований. Эффективность использования среды LabVIEW в научных исследованиях состоит в том, что, оставаясь в ее рамках, можно разрабатывать как математическую модель объекта, так и снабжать эту модель экспериментальными данными с помощью аппаратных средств ввода-вывода, сопряженных с реальным объектом.

Онлайновые вычислительные сервисы.

Для решения  многих математических задач достаточно запустить браузер и зайти  на один из доступных онлайновых вычислительных сервисов. Первой остановкой могут  стать встроенные калькуляторы универсальных интернет-поисковиков.

Некоторые современные  ресурсы умеют распознавать запросы, связанные с вычислениями, непосредственно  в строке ввода запроса и выдавать прямой ответ. Иногда такие сервисы  получают серьезное развитие. В конце июля этого года известный многим встроенный в страницу поисковой выдачи калькулятор Google обзавелся самостоятельным интерфейсом, который, правда, пока выводится только на англоязычных доменах Google.

"Математика" от Nigma не только распознает введенные в строку поиска задачи, но и снабжает решение комментарием

На функциональность калькулятора это дополнение не повлияло. Как и прежде, он умеет выполнять  простейшие арифметические операции, заниматься переводом единиц измерения  из одной системы в другую, а также обрабатывать простые тригонометрические задачи.

Однако Google все  еще далеко до вычислительных возможностей системы Nigma (nigma.ru). Вычисления в строке запроса здесь работают давно  и успешно. Главной изюминкой Nigma изначально было то, что система не просто вычисляла результат, но и показывала ход решения, причем записанным по всем правилам, с "Дано", "Решением" и "Ответом". Теперь же "Нигма" обогатилась специализированным разделом "Математика".

Там находится  редактор формул, несколько вспомогательных блоков с примерами, возможностью задать вопрос другим пользователям системы, а также разработчикам проги. Всего "Математика" справляется более чем с двумя десятками типов задач. Это линейные и квадратные уравнения, системы уравнений, производные и интегралы, пределы функций и т. д. Сервис снабжен подробной справкой с примерами решаемых задач и правилами их записи в редакторе формул.

Существует  немало специализированных онлайновых вычислительных сервисов. Если говорить о калькуляторах в строгом значении этого слова, то есть приложениях, занимающихся только вычислением, то таких разработок немало. В чистом виде идея реализована проектом Web 2.0 Calc (web2.0calc.com). Данный калькулятор оснащен внушительным набором возможностей. В области элементарной математики кроме базовых действий он выполняет операции с простыми дробями.

Web 2.0 Calc оснащен  внушительным набором функций

Но гораздо  интереснее работать с более сложными инструментами: Web 2.0 Calc подходит для  выполнения десятков операций, в том числе тригонометрических, дифференциальных, манипуляций матрицами и векторами, вычислений в области матстатистики и многих других. Это, пожалуй, один из лучших среди наборов, бесплатно опубликованных в Сети. Разработчики жадничать не стали и сделали виджет своего калькулятора, который теперь можно встретить на десятках сторонних сайтов.

Небезызвестный  проект Wolfram предлагает онлайновый калькулятор  для вычисления интегралов под названием Wolfram Mathematica Online Integrator (integrals.wolfram.com). В  его основе - ядро пакета Wolfram Mathematica. Использовать его можно совершенно свободно, понадобится только первоначально познакомиться с действующими правилами записи математических выражений.

Такие калькуляторы, конечно, полезны, однако для учебных  целей еще полезнее ресурсы, которые не просто проводят вычисления и показывают готовый результат, но еще и поясняют сам ход решения. С помощью таких калькуляторов можно познакомиться с различными подходами в решении той или иной задачи, увереннее выполнять собственные вычисления.

Племя онлайновых "решателей", которые снабжают пользователя более-менее подробным  текстовым описанием процесса, велико. Даже если принимать во внимание только рунетовские проекты, десяток примеров можно набрать без особого  труда. Самые популярные темы у разработчиков таких калькуляторов - базовые вычисления, линейные уравнения и матрицы, построение графиков функций.

В принципе, по общему устройству такие сервисы  очень похожи друг на друга. Это набор  задач определенного типа, которые  можно бесплатно решить прямо на сайте, подставив в соответствующие формы необходимые значения параметров. Затем в большинстве случаев рекомендуется скачать программу, получить доступ к дополнительным типам задач и услуг, а то и просто заказать выполнение той или иной работы, но уже за денежку.

Некоторые ресурсы  вообще не выдают ответ в онлайне, а предлагают скачать файл с решением в формате одной из специализированных программ. Короче говоря, мысль не дремлет. Попробуем разобраться, на что конкретно  можно рассчитывать на ресурсах такого типа, если все же упорно не желать тратить свои деньги.

Сервис Reshmat.ru (reshmat.ru) изначально бесплатный, попыток продать  какой-либо дополнительный продукт  или услугу здесь не будет. Специализация  сайта - линейная алгебра и аналитическая геометрия, а также задачи из области программирования. Среди обрабатываемых задач - примеры различных уравнений, работа с матрицами, построение графика функции. Всего доступно почти два десятка калькуляторов, причем каждая отдельная программа, как правило, владеет несколькими методами решения поставленной задачи.

Особенностью  данного ресурса является то, что  для решения любой задачи система  дает развернутые текстовые комментарии, поясняющие ход работы алгоритма. При  необходимости комментарии снабжаются таблицами и схемами. В то же время не стоит бездумно полагаться на правильность и стилистическую стройность таких пояснений, это, скорее, справочная информация.

Сгенерированный компьютером текст все-таки остается "машинным творчеством", и попытки  бездумного халявного копипаста вряд ли будут иметь успех у более-менее продвинутой и взыскательной публики. Соответственно, использовать данный ресурс лучше всего для того, чтобы разобраться в способах решения задач, а также частично снизить сугубо вычислительную нагрузку. При желании можно вообще отключить текстовые комментарии, оставив в выдаче только вычисления.

Следующий полезный и бесплатный вычислительный ресурс - Matesha.ru (matesha.ru). Кроме типовых для таких ресурсов калькуляторов для матриц и линейных уравнений здесь можно найти средства решения интегралов, пару задач программирования и средства построения графиков функций.

Достаточно  близок по идее ресурс integraloFF.net (integraloff.net), предлагающий пару десятков бесплатных калькуляторов. C их помощью можно вычислять квадратные уравнения, решать системы уравнений и неравенства. Кроме того, доступны калькуляторы для задач из области теории вероятностей, рядов и комплексных чисел.

Описания вычислений достаточно краткие и относительно живые. Если, например, число сочетаний в задаче на вероятность события будет слишком велико для данного конкретного алгоритма, скрипт так и сообщит: "Сорри, весь перебор показан не будет" - и приведет общий ход вычислений. Если в процессе решения составляются таблицы или рисуются графики, соответствующие иллюстрации будут исправно приведены в комментариях.

Не обойдены вниманием разработчиков онлайновых сервисов и более простые материи. Взять хотя бы ресурс Webmath.ru (webmath.ru). Он больше похож на портал с разнообразным учебным контентом, в том числе и подборкой бесплатных онлайновых калькуляторов. В основном это достаточно простенькие, но симпатичные онлайновые приложения. Всего на сервисе больше 50 программ, собранных в тематические разделы.

Калькуляторы, в частности, умеют работать с линейными уравнениями, матрицами. Кроме математических здесь есть и геометрические калькуляторы, вычисляющие периметр, площадь и объем типовых фигур. Доступен ряд задач из теории вероятностей и теории чисел, есть инструменты построения графиков функций и геометрических фигур по точкам.

Есть и онлайновый инженерный калькулятор. Главная страница каждого инструмента содержит краткое  описание применяемого метода расчета, а также форму, в которой пользователем  указываются необходимые значения. Решение выводится без подробного описания хода вычисления - его заменяет уже заготовленный заранее текст, раскрывающий применяемый метод.

Онлайновые  калькуляторы действительно полезны  в учебе, однако необходимо помнить, что вариантов решения многих задач может быть несколько и не всегда сетевые помощники прибегают к оптимальному варианту. Поэтому, для того чтобы пользоваться такими сервисами эффективно, как минимум нужно четко представлять, каким способом может решаться та или иная задача.

КОНЦЕПЦИЯ ГРИД

Развитие современных  научных исследований в физике высоких  энергий, астрофизике, биологии, науках о Земле, химии, а также в медицине, нанотехнологиях, промышленности, бизнесе  и других направлениях человеческой деятельности требуют совместной работы многих организаций по обработке большого объема данных в относительно короткие сроки. Для этого необходимы географически распределенные вычислительные системы, способные передавать, обрабатывать и хранить огромные массивы данных.

В настоящее  время в мире информационных технологий интенсивно развивается грид (название возникло по аналогии с электрическими сетями — electric power grid) – компьютерная инфраструктура нового типа, обеспечивающая глобальную интеграцию информационных и вычислительных ресурсов. Суть инициативы грид состоит в создании набора стандартизированных служб для обеспечения надежного, совместимого, дешевого и безопасного доступа к географически распределенным высокотехнологичным информационным и вычислительным ресурсам – отдельным компьютерам, кластерам и суперкомпьютерным центрам, хранилищам информации, сетям, научному инструментарию и т.д.

Миссия Интернет состояла в глобализации обмена информацией, а всемирная паутина WWW стандартизовала  поиск и доставку документов. Грид стал следующим этапом в этой цепочке революционных преобразований – стандартизации и глобализации использования всех видов компьютерных ресурсов.

Грид – это  система, которая  координирует использование ресурсов при отсутствии централизованного управления этими ресурсами. Грид использует стандартные, открытые, универсальные протоколы и интерфейсы, обеспечивая высококачественное обслуживание.