Delphi - сбориник статей
кто занимаются различными научными расчетами
Те, кто занимаются различными научными расчетами или написанием научного программного обеспечения часто сталкиваются со следующей проблемой: "Каким образом добавить возможность интерактивно вводить и вычислять математические формулы в своей программе?". Традиционно существует два подхода:
- "зашить" расчеты в исходный код программы;
- разрешить пользователю вводить в некотором редакторе описание задачи в виде совокупности формул, с последующей их обработкой некоторым математическим ядром.
К достоинствам первого подхода можно отнести скорость выполнения и минимальные размеры исполняемого модуля (если конечно все оптимально и аккуратно запрограммировано), а также возможность реализовать сколь угодно сложные и неформализованные задачи. Но этот подход не очень гибкий, так как пользователь может настраивать только параметры задачи, а если необходимо что-либо добавить или изменить - требуется изменять исходный код программы (что чревато известными трудностями, например, любые изменения требуют тестирования и отладки программы). Второй подход можно разделить на три основных направления:
- Использование спец. мат. пакетов в качестве серверов для вычисления формул;
- Интерпретация;
- Компиляция.
Конечно, можно использовать такие пакеты как MathLab, MathCad и т.п. для проведения научных и инженерных вычислений, но эти пакеты достаточно дорого стоят и, на мой взгляд, несколько "громоздкие". Этот подход можно рекомендовать тем, кто уже владеет подобными пакетами и знает, как их использовать для своих нужд. Основное преимущество данного подхода заключается в том, что эти пакеты "умеют" очень много. К недостаткам же можно отнести то, что они не поставляются в исходных кодах и поэтому представляют собой "черный ящик" со всеми вытекающими из этого неудобствами.
Интерпретация формул - достаточно распространенный подход и существует множество его реализаций. Достоинства: простота реализации, подробное диагностирование ошибок во время вычисления. Основным недостатком является крайне низкая скорость вычислений (хотя мне известны реализации с использованием кэширования и представления формул с использованием древовидных структур которые этим недостатком практически не обладают).
Компиляция - анализ и трансляция формул непосредственно в машинный код или в программу на языке высокого уровня. Преобразование формул в машинный код сопряжено со значительными трудностями, так как требует от разработчика глубоких знаний в этой области и к тому же привязывает реализацию к определенной аппаратной платформе. Гораздо более гибким способом является трансляция формул в программу на языке высокого уровня, так как это, во-первых, значительно упрощает сам процесс трансляции и, во-вторых, позволяет использовать этот подход практически без ограничений для любых программно-аппаратных платформ. К достоинствам этого подхода можно отнести высокую скорость вычислений, а к недостаткам, несколько более сложную обработку формул по сравнению с интерпретацией. Далее в этой статье будет рассмотрен именно этот подход - анализ и трансляция формул в программу на язык высокого уровня (на момент написания статьи реализована поддержка Object Pascal).
