Передмова
- Page ID
- 67224
Передмова
Моделювання та моделювання - це потужні інструменти для пояснення світу, прогнозування, проектування речей, які працюють, і змушують їх працювати краще. Навчитися користуватися цими інструментами може бути важко; ця книга - моя спроба зробити досвід максимально приємним і продуктивним.
Читаючи цю книгу - і працюючи над вправами - ви навчитеся програмуванню, деякому моделюванню та деякому моделюванню. Маючи базові навички програмування, ви можете створювати моделі для широкого спектру фізичних систем. Моя мета - допомогти вам розвинути ці навички таким чином, щоб ви могли негайно застосувати до реальних проблем.
У цій книзі представлений весь процес моделювання, включаючи вибір моделі, аналіз, моделювання та валідацію. Я пояснюю цей процес у розділі, і є приклади по всій книзі.
Для кого ця книга
Щоб зробити цю книгу доступною для максимально широкої аудиторії, я намагався мінімізувати передумови.
Ця книга призначена для людей, які ніколи раніше не програмували. Я починаю з самого початку, визначаю нові терміни, коли вони вводяться, і представляю лише ті функції, які вам потрібні, коли вони вам потрібні.
Я припускаю, що ви знаєте тригонометрію і деяке обчислення, але не дуже багато. Якщо ви розумієте, що похідна являє собою швидкість зміни, цього достатньо. Ви дізнаєтеся про диференціальні рівняння та деякі лінійні алгебри, але я поясню, що вам потрібно знати, коли ми йдемо далі.
Я припускаю, що ви знаєте основні фізики, зокрема поняття сили, прискорення, швидкості та положення. Якщо ви знаєте другий закон руху Ньютона в формі\(F = m a\), цього достатньо.
Встановлення програмного забезпечення
Ця книга заснована на MATLAB, мові програмування, спочатку розробленої в Університеті Нью-Мексико і тепер виробляється MathWorks, Inc.
MATLAB - це мова високого рівня з функціями, які роблять його добре придатним для моделювання та моделювання, і він поставляється з середовищем розробки програм, що робить його добре підходить для початківців.
Однак однією з проблем для початківців є те, що MATLAB використовує вектори та матриці майже для всього, що може ускладнити початок роботи. Організація цієї книги має на меті допомогти: ми починаємо з простих числових обчислень, додаючи вектори в главі і матриці в розділі.
Ще одним недоліком MATLAB є те, що він «пропрієтарний»; тобто він належить MathWorks, і використовувати його можна тільки з ліцензією, яка може коштувати дорого.
На щастя, проект GNU розробив безкоштовну альтернативу з відкритим кодом під назвою Octave (див. https://www.gnu.org/software/octave).
Більшість програм, написаних на MATLAB, можуть працювати в Octave без модифікації, і навпаки. Всі програми в цій книзі були протестовані з Octave, тому якщо у вас немає доступу до MATLAB, ви повинні мати можливість працювати з Octave. Найбільша різниця, яку ви, ймовірно, побачите в повідомленнях про помилки.
Щоб інсталювати та запустити MATLAB, див. https://greenteapress.com/matlab/matlab.
Під час першого запуску має з'явитися стартове вікно, яке проведе вас через певну конфігурацію.
Для установки Octave рекомендую використовувати Anaconda, яка є системою управління пакетами, що дозволяє легко працювати з Octave і підтримуючим програмним забезпеченням.
Anaconda встановлює все на рівні користувача, так що ви можете встановити його без прав адміністратора або root. Дотримуйтесь інструкцій для вашої операційної системи за адресою https://greenteapress.com/matlab/anaconda.
Після того, як у вас є Anaconda, ви можете встановити Октаву, запустивши підказку Jupyter (у Windows) або термінал (у Mac OS або Linux), ввівши наступне та натиснувши клавішу Enter:
conda install -c conda-forge octaveПотім його можна запустити, набравши:
octaveі натисканням клавіші Enter.
Робота з Кодексом
Код для кожної глави цієї книги знаходиться в ZIP-файлі, який ви можете завантажити з https://greenteapress.com/matlab/zip. Після того, як у вас є ZIP-файл, ви можете розпакувати його в командному рядку, виконавши
unzip PhysicalModelingInMatlab-master.zipУ Windows ви можете клацнути правою кнопкою миші на ZIP-файлі і вибрати Витягти все.
Результатом має бути тека, яка містить вкладені теки, які містять файли, що містять код MATLAB. Вони є звичайними текстовими файлами, тому читати їх можна за допомогою будь-якої програми, яка читає текст, але найчастіше ви будете читати їх за допомогою MATLAB.
Я надам більше інформації про роботу з цими файлами, коли ми дійдемо до них, але цього повинно бути достатньо, щоб ви почали.
Дописувачі
Якщо ви виявили помилку в цій книзі або допоміжному коді, або у вас є пропозиції щодо їх вдосконалення, надішліть їх на адресу downey@greenteapress.com. Або, якщо ви користувач GitHub, ви можете відкрити проблему або запит на злиття за адресою https://github.com/AllenDowney/PhysicalModelingInMATLAB.
Особлива подяка моїм співробітникам No Starch Press за їх роботу над цією книгою: Алекс Фрід, Катріна Тейлор, Келлі Керні, Барбарі Йєн, Білл Поллок, Річард Хатчінсон та Ліза Девото Фаррелл.
Інші люди, які знайшли помилки та допомогли вдосконалити цю книгу, включають Майкл Лінц, Каелін Штадтмюллер, Ройдан Онгі, Кіртік Оманакуттан, П'єтро Петерлонго, Лі Тао, Стівен Чжан, Олена Олейнікова, Келсі Бреземан, Філіп Ло, Гарольд Джаффе, Віді Понг, Нік Мартеларо, Арджун Плаккат, Чжен Ао, Зав'є Патрік Агіла, Майкл Клайн, Денні Чен, Метт Віенс та Крейг Скретчлі.