Mathematica Notebook

Struktura Notebooka

Notebook jest dokumentem programu Mathematica zorganizowanym w formie komórek (Cell), które oznaczone są klamrami na prawym brzegu okna dokumentu. Podstawowe komórki są grupowane w większe zespoły komórek w zależności od ich stylu (Section, Subsection, ...). Klamry boczne pokazują strukturę dokumentu.

Styl komórki

Każda komórka Notebooka ma określony styl, który decyduje o jej roli w hierarchii komórek w strukturze dokumentu. Nazwy stylów są adekwatne do roli komórki w strukturze. Są komórki w stylu Title, Chapter i Subchapter, komórki Section, Subsection i Subsubsection.

Zwykłe komórki akapitów tekstowych mają styl Text. Komendy wejściowe, które ma system wykonać są w stylu Input, a komórki wyjściowe są w stylu Output.

Gdy użytkownik rozpoczyna pisanie tekstu w nowej komórce, to domyślnie jest to komórka w stylu Input.

Akapity tekstowe

Komórki typu Text mogą mieć ustaloną czcionkę o określonym stylu (bold, italic, underline, ...) i wielkości. Podczas pisania tekstu w komórkach tego typu aktywna jest kontrola pisowni w wybranym  języku. Program wyposażony jest w słownik języka polskiego, co pozwala na kontrolę pisowni tekstów polskojęzycznych.

Notebook stosuje podobną konwencję jak większość zwykłych edytorów tektu. Wyrazy błędnie zapisane są podkreślane na czerwono.

Proste przykłady formatowania tekstu.
Można używać różnych fontów, krojów pisma, wielkości, kolorów, itp. Można używać znaków specjalnych jak ten: oraz formuł jak ta przykładowa umieszczona wewnątrz tekstu.

Komendy wejściowe i odpowiedzi programu

Komórki komend wejściowych oznaczane są po lewej stronie przez etykietę In[n], a efekt realizacji komendy umieszczany jest w komórce z etykietą Out[n]. Wartość n to kolejny numer komórki wykonywanej w trakcie danej sesji programu. W komórkach wyjściowych znajduje się odpowiedź programu, czyli wynik wykonanej operacji.

Komórka ta może zawierać obiekty różnego typu w zależności od charakteru komendy wejściowej. Najczęściej są do wyniki obliczeń, wyrażenia arytmetyczne i wykresy, ale może być też obraz, animacja czy obiekt interaktywnej manipulacji.

Kod komórki wejściowej może być wielokrotnie zmieniany i wykonywany po każdej zmianie.

Wprowadzanie komend języka

Wprowadzając komendę języka wyświetlana jest podpowiedź zdefiniowanych obiektów, których nazwy rozpoczynają się od wprowadzonych liter.

Na liście podpowiedzi znajdują się zarówno zdefiniowane nazwy wewnętrzne jak i zmienne zdefiniowane przez użytkownika.

Pojawiająca się ikona pozwala z tego poziomu edycji Notebooka przejść do systemu pomocy do strony opisującej wskazaną komendę.

Wykonywanie komend

Gdy komenda jest już wprowadzona do komórki wejściowej, to aby ją wykonać należy nacisnąć [SHIFT]+[ENTER], gdy kursor jest ulokowany w komórce lub podświetlona jest jej klamra po prawej stronie.

Wykorzystanie wcześniejszych wyników

Przez znak %  pozwala odwołać się do wyniku ostatniej wykonanej komendy, a %n do komórki Out[n].

Odwołania w komendach do Wolfram Knowledgebase

Swobodna forma wprowadzania komend rozpoczyna się od naciśnięcia skrótu klawiaturowego [CTRL]=. Pojawia się specyficzne pole edycji . Wpisany tekst jest interpretowany i w zależności od jego charakteru wykonywane jest odpowiednie działanie. W tym wypadku wprowadzony tekst został zinterpretowany jako:

Po tej operacji można już wygenerować listę 30 miast leżących najbliżej Krakowa. Lista ta została zapamiętana pod nazwą miasta.

Elementy ujęte w pomarańczowe ramki są obiektami, których parametry pobierane są z bazy wiedzy.

Tłumaczenie znaczenia komend

Ustawienia językowe interfejsu użytkownika pozwalają wyświetlać objaśnienia znaczenia komend w wybranym języku. Pod nazwą komendy Wolfram Language pojawia się objaśnienia.

Rysunek przedstawia położenie wybranych miast na mapie okolicy Krakowa. Wielkość symbolicznego okręgu jest proporcjonalna do liczby mieszkańców danego miasta.

Elementy mapy są obiektami interaktywnymi i po najechaniu myszą na wybrany obiekt, wyświetlane są informacje o populacji ludności w danym mieście.

Tradycyjna notacja matematyczna i znaki specjalne

Komórki wyjściowe mające charakter wyrażeń arytmetycznych mogą być zapisywane w tradycyjnej notacji matematycznej. Zastosowane poniżej symbole μ, σ, α są przykładami znaków specjalnych, które mogą być wykorzystywane w komendach wejściowych.

Komórka w tradycyjnej notacji matematycznej posiada specyficzny rodzaj klamry symbolizującej komórkę w strukturze Notebooka.

Natychmiastowa wizualizacji

Jeżeli komenda wprowadzona jako komórka wejściowa jest poleceniem tworzenia wykresu lub rysunku obrazującego określone obiekty, to w komórce wyjściowej po wykonaniu komendy pojawia się wizualizacja graficzna. Modyfikując parametry komendy wejściowej można generować różne warianty rysunku.

Interaktywne obiekty 3D

Komendy generujące grafikę 3D tworzę komórki Notebooka, w których obiekty poddają się manipulacji za pomocą myszy. Wykresy mogą być obracane w czasie rzeczywistym przez użytkownika.

Na rysunku pokazano wykres “bąbelkowy”, na którym obiekt symbolizujące wielkość populacji w miastach w okolicy Krakowa ulokowane są we współrzędnych geograficznych dla osi x i y oraz na wysokości odpowiadającej położeniu centrum miasta nad poziomem morza.

Ukrywanie grupy komórek

Ikona zwana Cell openerpozwala wyświetlić ukrytą grupę komórek. Daje to możliwość zwinięcia grupy komórek i pozostaje tylko komórka nadrzędna w grupie. Poniżej powielono celowo jeden akapit, aby na statycznym obrazie bez możliwości interakcji zademonstrować pracę ikony Cell Opener.

Poniżej akapit jest zwinięty.

Akapit

Ten sam akapit po rozwinięciu, ukazuje ukrytą treść.

Akapit

Grupa komórek zwiniętych jest niewidoczna, a w nagłówku grupy pojawia się ikona Cell opener.

Grupa zwijanych komórek może zawiera dowolną liczbę komórek o stylu podrzędnym w stosunku do komórki nagłówka. Najczęściej są to komórki akapitów tekstowych oraz wejściowe komórki komend języka i komórki odpowiedzi systemu.

Komórki danych strukturalnych

Efektem importu danych komendą SemanticImport[...] są całe struktury danych przechowywane w jednej komórce wyposażonej w pasek przewijania zawartości.

Interaktywne manipulacje parametrami obiektów

Komórka wyjściowa może zawierać panel manipulatora lub obiekt animowany, w których parametry możliwa jest ingerencja w czasie rzeczywistym. Obiekty interaktywnej ingerencji w treść przekazu wyposażone są w suwaki do zmiany parametrów, pola lub menu wyboru opcji, pola edycji, itp.

Komórka Notebooka zawiera obiekt, którego parametry mogą być modyfikowane w czasie rzeczywistym. Wartość ładunków q1 i q2 może być zmieniana za pomocą suwaków, co powoduje bieżąca zmianę linii potencjału elektrostatycznego w układzie tych dwóch ładunków.

Podsumowanie

Mathematica Notebook to dokument łączący formatowany, strukturalny tekst z komendami Wolfram Language i wynikami ich wykonania. Łączy tekst z wyrażeniami arytmetycznymi, wykresami funkcji 2D i 3D oraz specjalistycznymi grafikami specyficznymi dla określonych dziedzin.

Komórki dokumentu mogą zawiera obrazy w formie map bitowych, zapisy plików dźwiękowych, animacje oraz obiekty interaktywnej ingerencji użytkownika w przekazywaną treść. Wszystko to zapisane jest w symbolicznych kodach Wolfram Language, co sprawia, że Mathematica Notebook może bez modyfikacji być otwierany na dowolnej platformie sprzętowej.