Maple: Символьная и числовая вычислительная среда

Введение

Математическая вычислительная среда

Maple — это символическая и числовая вычислительная среда, а также язык программирования с поддержкой нескольких парадигм. Он охватывает различные области технических вычислений, такие как символьная математика, численный анализ, обработка данных, визуализация и другие. Пакет инструментов MapleSim расширяет функциональность для мультидоменного физического моделирования и генерации кода. Возможности Maple в области символьных вычислений включают в себя функциональность общецелевой системы компьютерной алгебры. Например, он позволяет манипулировать математическими выражениями и находить аналитические решения определенных задач, возникающих, в частности, при решении обыкновенных и частных дифференциальных уравнений. Maple разрабатывается компанией Maplesoft, канадским разработчиком программного обеспечения. Название "Maple" отсылает к канадскому происхождению программы.

Основные функции

Пользователи могут вводить математические выражения в традиционной математической нотации. Также возможно создание пользовательских интерфейсов. Поддерживаются численные вычисления с произвольной точностью, а также символьные вычисления и визуализация. Примеры символьных вычислений приведены ниже. Maple включает в себя динамически типизированный императивный язык программирования (похожий на Pascal), допускающий использование переменных с лексической областью видимости. Предусмотрены интерфейсы для работы с другими языками (C, C#, Fortran, Java, MATLAB и Visual Basic), а также с Microsoft Excel. Maple поддерживает MathML 2.0 – формат W3C для представления и интерпретации математических выражений, включая их отображение в веб-страницах. Также имеется функциональность для преобразования выражений из традиционной математической нотации в разметку, подходящую для системы типографского набора LaTeX.

Архитектура

Maple основан на небольшом ядре, написанном на языке C, которое предоставляет язык Maple. Большая часть функциональности реализована в библиотеках, поступающих из различных источников. Большинство библиотек написано на самом языке Maple, и их исходный код доступен для просмотра. Многие численные вычисления выполняются с использованием численных библиотек NAG, библиотек ATLAS или библиотек GMP. Различные функции Maple требуют числовых данных в разных форматах. Символьные выражения хранятся в памяти в виде ориентированных ациклических графов. Стандартный и калькуляторный интерфейсы написаны на Java.

История

Первая концепция Maple возникла на встрече в конце 1980 года в Университете Ватерлоо. Исследователи университета хотели приобрести компьютер, достаточно мощный для работы с компьютерной алгебраической системой Macsyma, основанной на Lisp. Вместо этого они решили разработать собственную систему компьютерной алгебры, названную Maple, которая могла бы работать на компьютерах с меньшей стоимостью. Стремясь к переносимости, они начали писать Maple на языках программирования семейства BCPL (первоначально используя подмножество языков B и C, а затем только C). К концу 1983 года более 50 университетов установили копии Maple на свои компьютеры. В 1984 году исследовательская группа заключила соглашение с Watcom Products Inc. о лицензировании и распространении первой коммерчески доступной версии Maple 3.3. В 1989 году был разработан первый графический пользовательский интерфейс для Maple и включен в версию 4.3 для Macintosh. Версии для X11 и Windows этого нового интерфейса появились в 1990 году вместе с Maple V. В 1992 году Maple V Release 2 представил "рабочий лист" Maple, объединяющий текст, графику, ввод и вывод, а также типографское оформление. В 1994 году был опубликован специальный выпуск информационного бюллетеня, созданного разработчиками Maple, под названием MapleTech. В 1999 году, с выпуском Maple 6, Maple включил некоторые библиотеки численных методов NAG. В 2003 году с Maple 9 был представлен текущий "стандартный" интерфейс. Этот интерфейс написан в основном на Java (хотя некоторые его части, такие как правила типографского оформления математических формул, написаны на языке Maple). Интерфейс Java критиковали за низкую скорость; в более поздних версиях были внесены улучшения, однако документация к Maple 11 рекомендует предыдущий ("классический") интерфейс для пользователей с объемом оперативной памяти менее 500 МБ. В период с 1995 по 2005 год Maple потерял значительную долю рынка в пользу конкурентов из-за менее удобного пользовательского интерфейса. С Maple 10 в 2005 году Maple представил новый интерфейс "режим документа", который впоследствии был доработан в нескольких выпусках. В сентябре 2009 года Maple и Maplesoft были приобретены японским ритейлером программного обеспечения Cybernet Systems.

The first concept of Maple arose from a meeting in late 1980 at the University of Waterloo. Researchers at the university wished to purchase a computer powerful enough to run the Lisp based computer algebra system Macsyma. Instead, they opted to develop their own computer algebra system, named Maple, that would run on lower cost computers. Aiming for portability, they began writing Maple in programming languages from the BCPL family (initially using a subset of B and C, and later on only C). By the end of 1983, over 50 universities had copies of Maple installed on their machines. In 1984, the research group arranged with Watcom Products Inc to license and distribute the first commercially available version, Maple 3.3.). In 1989, the first graphical user interface for Maple was developed and included with version 4.3 for the Macintosh. X11 and Windows versions of the new interface followed in 1990 with Maple V. In 1992, Maple V Release 2 introduced the Maple "worksheet" that combined text, graphics, and input and typeset output. In 1994 a special issue of a newsletter created by Maple developers called MapleTech was published. In 1999, with the release of Maple 6, Maple included some of the NAG Numerical Libraries. In 2003, the current "standard" interface was introduced with Maple 9. This interface is primarily written in Java (although portions, such as the rules for typesetting mathematical formulae, are written in the Maple language). The Java interface was criticized for being slow; improvements have been made in later versions, although the Maple 11 documentation recommends the previous ("classic") interface for users with less than 500 MB of physical memory. Between 1995 and 2005 Maple lost significant market share to competitors due to a weaker user interface. With Maple 10 in 2005, Maple introduced a new "document mode" interface, which has since been further developed across several releases. In September 2009 Maple and Maplesoft were acquired by the Japanese software retailer Cybernet Systems.