«Применение ит в исследованиях по прикладной теоретической физике» (стр. 3 из 4)

Для ускорения последующих численных вычислений проведем интерполяцию и сглаживание полученных зависимостей:

.

Для последующего сравнения с экспериментально полученными ω/2θ картами, введем гауссово уширение падающего пучка и гауссову аппаратную функцию детектора. Исходя из геометрии рассматриваемого скана, получаем для наблюдаемой интенсивности следующее выражение:

Зададим область изменения углов ω и 2θ, также выведем на карту расчетное положение максимумов интенсивности от каждого слоя, для последующей, при необходимости, обработке полученных данных во внешней программе визуализации данных сохраним полученный массив значений:

Рисунок 1 - Карта интенсивности дифрагированного излуения

Полученная карта отражает основные особенности дифракции рентгеновского излучения на частично релаксированных структурах, в частности, дифракционные пики не расположены на одной линии, соответствующей одинаковой для всех слоев компоненте вектора обратной решетки, параллельной границе раздела. Поскольку при построении карты учитывались особенности проведения эксперимента, можно проводить сравнение данной рассчитанной карты с экспериментально измеренной для данной структуры.

Как видно из приведенного примера, систему Mathematica 6 легко и удобно использовать для численных расчетов и последующей обработки полученных данных. Однако существенным недостатком системы при таких вычислениях является скорость счета. К примеру, для построения приведенной выше карты потребовалось несколько часов машинного времени персонального компьютера. Возможно, это является следствием того, что система тщательно анализирует данные, поступающие на вход каждой из встроенных функций, определяя их тип и возможные особенности. Этим, с одной стороны, достигается удобство в обращении с системой, но с другой, существенно замедляет скорость однотипных вычислений.

Тем не менее, при проведении вычислений небольшого объема или пробного характера Mathematica 6 является полезным инструментом, позволяющим быстро реализовать и отладить вычислительный алгоритм.

Глава 4 (применение ИТ для оформления результатов исследовательской работы).

В настоящее время любому исследователю необходимо каким-либо образом предоставлять свои результаты научному сообществу. Благодаря этому требованию осуществляется обмен информацией между исследователями по всему миру, что способствует быстрому распространению идей и методов, их дальнейшему совершенствованию на благо мирового прогресса. За прошедшие века, в особенности за последние десятилетия, был выработан определенный стандарт подачи материала, который позволяет даже при беглом знакомстве со статьей или монографией быстро находить интересующий исследователя материал.

Поскольку огромное количество ученых всех уровней было так или иначе вовлечено в процесс оформления рукописей, возникло немало программ, призванных помочь данному процессу. Наибольшее распространение на сегодняшний день приобрела настольная издательская система LATEX (

). Её создатели, Д. Кнут, создавший систему обработки печатных документов TEX, и Л. Лампорт, создавший систему подготовки печатных документов LATEX, во многом предвосхитили идеи разметки документа и отделения содержания от формы, ставшие столь популярными в наше время в связи с развитием Интернета. Разработано также множество сопутствующих программ, облегчающих процесс сбора и подготовки информации. К примеру, для построения библиографического списка можно воспользоваться программой JabRef, позволяющей по легкодоступным на сайтах файлам, или по имеющейся информации об источнике литературы, строить в соответствии с требуемым стандартом библиографическую запись.

Как было упомянуто выше, одной из ключевых черт системы LATEX является отделение содержания от формы. Эта концепция позволяет уделять основное внимание содержанию и структуре текста, а расположение текста на странице, форматирование и прочие технические детали система берет на себя. Исходный код, по которому создается печатный документ, состоит из набора команд, записать которые можно в любом текстовом редакторе. Этим система принципиально отличается от традиционных текстовых процессоров, таких как Microsoft Word, применяющих метод визуального проектирования. Отказ от данного метода кардинально повышает надежность системы, поскольку не требуется после каждого символа, введенного с клавиатуры, пересчитывать оптимальное расположение текста на странице. Системы TEX и LATEX создавались изначально как средство для набора и печати математических текстов. В связи с этим системы представляют обширнейшие возможности для набора формул любой сложности.

Информация о стиле оформления TEX-документа содержится в отдельном стилевом файле. Таким образом, для удовлетворения требований редакций не нужно вручную устанавливать все параметры страницы или создавать макрокоманды, достаточно лишь в преамбуле к тексту указать соответствующий файл, распространяемый редакцией. К примеру, ниже приведена преамбула к статье, подготовленной для представления в physica status solidi:

\documentclass[pss]{wiley2sp}

\usepackage{amsmath}

\usepackage{bm}

\usepackage{w-greek}

\renewcommand{\arraystretch}{1.2}

\tolerance=400

\emergencystretch=10pt

\begin{document}

…

Содержание данной преамбулы полностью определяет стиль, характерный для данного журнала. После компиляции страница выглядит следующим образом:

Рисунок 2 - Пример Tex-документа после компиляции

Таким образом, имеющиеся программные пакеты для подготовки научных текстов, основанные на системе LATEX, позволяют создавать печатные документы, включающие графику, перекрестные ссылки, математические формулы произвольной сложности, и использовать передовые типографские возможности, не затрачивая на оформление документа лишних усилий.

Заключение.

В данном реферате был дан ряд примеров использования ИТ в физических исследованиях.

Были продемонстрированы некоторые возможности системы Mathematica при проведении аналитических вычислений. Можно было видеть, что вычисления, проведенные с помощью системы компьютерной алгебры, не отличаются по степени обоснованности от вычислений, проведенных вручную, и имеют силу доказательства. Разумеется, была использована лишь малейшая доля возможностей системы Mathematica.

Далее был рассмотрен пример использования системы Mathematica для численных вычислений. Хотя в данной области применения Mathematica несомненно уступает специализированным пакетам числовых расчетов, в первую очередь, по скорости вычисления, возможность совместного унифицированного использования разнообразных встроенных процедур делает систему привлекательной для осуществления пробных, отладочных, алгоритмов.

В заключение была рассмотрена настольная издательская система LATEX. Было продемонстрировано, как данная система позволяет применить передовые типографские методы к оформлению материала путем одного лишь декларирования стиля.

Таким образом, на нескольких примерах, взятых из применения ИТ в задачах рентгеновской кристаллооптики, было показано, как ИТ помогают в борьбе с рутиной в научном творчестве.

Список литературы к реферату.

[1] Wolfram, S. The Mathematica Book / S. Wolfram. – 5^th ed. – Wolfram Media, 2003. – 1301 p.

[2] Котельников, И. А. LATeX по-русски / И. А. Котельников, П. З. Чеботаев. – 3-е изд. – Новосибирск: Сибирский хронограф, 2004. – 496 с.

[3] Jenkins, Ron Introduction to X-ray Powder Diffractometry / Ron Jenkins, Robert L. Snyder – New York: John Wiley & Sons, 1996. – 523 p.

[4] Ансельм, А.И. Введение в теорию полупроводников / А.И. Ансельм – Москва: Наука, 1978. – 616 с.

[5] Пинскер, З.Г. Рентгеновская кристаллооптика / З.Г. Пинскер – Москва: Наука, 1982. – 392 с.

Предметный указатель к реферату.

L

LATEX, 17, 18, 19

M

Mathematica, 2, 5, 6, 7, 11, 12, 16, 18, 19

T

TEX, 17

В

вектор

обратной решетки, 6, 7, 8, 9, 10, 16

прямой решетки, 6, 7, 8, 9

И

ИТ, 2, 4, 5, 16, 18, 19

Интернет ресурсы в предметной области исследования.

e-Print archive [Electronic resource] // Cornell University Library – Mode of access : http://arxiv.org. – Date of access : 3.12.2008.

Ресурс содержит более полумиллиона статей по всем областям естествознания в свободном доступе. Имеется хорошая поисковая система.

Physical Review Online Archive [Electronic resource] // American Physical Society – Mode of access : http://prola.aps.org. – Date of access : 3.12.2008.

Официальный сайт ведущего международного журнала Physical Review. В свободном доступе имеются рефераты всех статей, опубликованных в изданиях Physical Review. Хотелось бы иметь более широкий доступ к полнотекстовым версиям.

IOP electronic journals [Electronic resource] // Institute of physics – Mode of access : http://www.iop.org/EJ. – Date of access : 3.12.2008.

Официальный сайт ведущего международного журнала Journal of Physics. В свободном доступе имеются рефераты всех статей, опубликованных в изданиях Journal of Physics, а так же статьи, опубликованные за последний месяц. Хотелось бы иметь более широкий доступ к полнотекстовым версиям.

Springer - Academic Journals, Books and Online Media [Electronic resource] // Springer Science+Business Media– Mode of access : http://www.springer.com – Date of access : 3.12.2008.

Официальный сайт ведущего международного издательства Springer. Хотелось бы иметь более широкий доступ к текстам изданий.

Scopus [Electronic resource] // Elsevier B.V.– Mode of access : http://www.scopus.com – Date of access : 3.12.2008.