Методы программирования
Как отмечалось, внутреннее представление всех вычислений базируется на применении полных форм выражений, представленных функциями. И вообще, функциям в системе Mathematica принадлежит решающая роль. Таким образом, Mathematica. фактически, изначально реализует функциональный метод программирования – один из самых эффективных и надежных. А обилие логических операторов и функций позволяет полноценно реализовать и логический метод программирования. Множество операций преобразования выражений и функций позволяют осуществлять программирование на основе правил преобразования.
Надо также отметить, что язык системы позволяет разбивать программы на отдельные модули (блоки) и хранить эти модули в тексте документа или на диске Возможно создание полностью самостоятельных блоков – именованных процедур и функций с локальными переменными. Все это наряду с типовыми управляющими структурами позволяет реализовать структурное и модульное программирование.
Столь же естественно язык системы реализует объектно-ориентированное программирование. Оно базируется прежде всего на обобщенном понятии объекта и возможности создания множества связанных друг с другом объектов. В системе Mathematica каждая ячейка документа является объектом и порождается другими, предшествующими объектами. При этом содержанием объектов могут быть математические выражения, входные и выходные данные, графики и рисунки, звуки и т. д.
С понятием объекта тесно связаны три основных свойства, перечисленные ниже:
- инкапсуляция – объединение в одном объекте как данных, так и методов их обработки;
- наследование – означает, что каждый объект, производный от других объектов, наследует их свойства;
- полиформизм – свойство, позволяющее передать ряду объектов сообщение, которое будет обрабатываться каждым объектом в соответствии с его индивидуальными особенностями.
Приведенный ниже пример объектно-ориентированного программирования дает три определения, ассоциированные с объектом h:
h /: h[x_] + h[y_] := hplus[x, y] h /: p[h[x_], x] := hp[x] h /: f_[h[x_]] := fh[f, x]В принципе, язык программирования системы Mathematica специально создан для реализации любого из перечисленных подходов к программированию, а также ряда других – например, рекуррентного программирования, при котором очередной шаг вычислений базируется на данных, полученных на предыдущих шагах. Наглядным примером этого может служить вычисление факториала рекуррентным методом. Возможно также создание рекурсивных функций (с обращением к самим себе) и, соответственно, использование рекурсивного программирования. Оно, кстати, играет большую роль в осуществлении символьных преобразований.
Средства языка Mathematica позволяют осуществить и визуально-ориентированное программирование. Его смысл заключается в автоматической генерации программных модулей путем визуального выбора интуитивно понятного объекта – чаще всего путем щелчка на кнопке. Mathematica позволяет создавать палитры и панели с различными кнопками, позволяющими управлять программой или вводить новые программные объекты. Однако визуально-ориентированное программирование не является основным. В основном оно ориентировано на создание палитр пользователя с нужными ему функциями.
Поскольку алфавит языка программирования системы и набор операторов и функций уже были рассмотрены ранее, в этой главе нам остается рассмотреть лишь специфические средства языка и его управляющие структуры.