О ПРОЕКТЕ «ЖИВАЯ КНИГА»

К статье: Техническая «живая книга» и современные сетевые технологии

Н. А. Балонин, М. Б. Сергеев


Бумажных книг не будет. Через 10-15 лет их просто не станет. Они останутся лишь в том виде, в каком сейчас существуют грампластинки и кассеты. "Печатный труд" так или иначе уступит место электронной книге. Какой она будет – предмет размышления в статье, поддержанного данными ниже наглядными примерами.

ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ


Математическая сеть создана в городе на Неве, на Василевском Острове, там, где жил и работал математик Леонард Эйлер.



Леонард Эйлер и его сын, Иоганн


Здесь находится дом, где на первом этаже жила семья Эйлеров. Жена, Катарина Гзель, – дочь художника-эмигранта Георга Гзеля и внучка художницы Марии Мериан. Из детей наибольшего успеха добился Иоганн, – секретарь Императорской Академии наук. Путь до Академии, вдоль берега Невы, и сейчас место неспешных прогулок горожан.



Наб. Лейтенанта Шмидта, 15/1 (10-я линия В.О.) Санкт-Петербург


Леонард Эйлер – автор более 800 работ по математическому анализу, дифференциальной геометрии, теории чисел, приближенным вычислениям, небесной механике, математической физике, оптике, баллистике, кораблестроению, теории музыки и др. Почти полжизни провел в России, где внес существенный вклад в становление российской науки.

Эйлер входил в состав Комиссии весов и мер под председательством главного директора Монетного двора графа М. Г. Головкина, образованной по решению Сената. В качестве исходных мер комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень. За меру веществ академиками было принято ведро московского Каменномостского питейного двора.



ВИРТУАЛЬНАЯ ПРОГУЛКА ПО ВАСИЛЬЕВСКОМУ ОСТРОВУ


Здание для Академии наук было построено в 1783-1789 годах по проекту архитектора Джакомо Кваренги. В наши дни здесь размещаются издательство "Наука", НИИ истории естествознания и техники, поликлиника. После перевода Президиума Академии наук в Москву в главном здании на набережной Невы осталось несколько институтов и научных обществ; сохраняется отделение русского языка, истории, физико-математических наук.

ИСПОЛНЯЕМЫЕ В ИНТЕРНЕТ АЛГОРИТМЫ СЕТИ


Исполняемые с листа алгоритмы – довольно очевидная черта компьютерных книг наступающего будущего. Статическая иллюстрация или даже исполняемый в сети фильм, все это привычное и достаточно тривиальное следствие развития Интернет – лишь малая доля того, что шагнет в новые электронные книги.

Потребность строить хотя бы графики (и наглядную анимацию), например, общая для представителей самых разных наук. А где потребность, должно быть предложение. По убеждению авторов не читатель должен изучать компьютер, а компьютер должен приспосабливаться под навыки читателей. Алгоритм должен быть прост в своей подаче. Правила не должны быть сложными.

Поскольку компьютер (и сеть, не забываем о ней) у читателя сегодня находится в буквальном смысле слова под рукой, то исчезает деление текста на комментарий и формулу или расчет, исполняемые в какой-либо специализированной среде. Именно в эту среду читателю текст алгоритма надо было ранее из книги предварительно перенести, чтобы познакомиться с результатом расчета.

ЛИНЕЙНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ


По традиции система включает в себя средства моделирования линейных динамических систем, описываемых матрицами модели пространства состояний или коэффициентами числителя N и знаменателя D передаточной функции Q(p)=N(p)/D(p).

ЛИНЕЙНЫЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ


Решение систем линейных алгебраических уравнений Ax=b. Задача решается на уровне синтаксиса языка.

ИНТЕРАКТИВНЫЙ УЧЕБНИК И СПРАВОЧНИКИ


Небольшой пример математического расчета следящей системы, написанный студентом при выполнении лабораторных работ (по сети), приведен ниже.

В данном случае, следящая система представлена парой "мышка-кот". Подоплеку анимации составляет моделируемая реакция апериодического звена, позволяющая изучать характер динамической и статической ошибок при изменении характера движения цели.

Изменяя значение постоянной времени T в программе, например, Т=2, не только автор исполняемого в "живой книге" алгоритма, но и читатель непосредственно в процессе чтения может изменить течение расчета (или даже изменить сам расчет) и посмотреть итог, нажав кнопку Run.

Такими возможностями в процессе обучения или ведения научной работы, разумеется, не имеет никакого смысла пренебрегать. Это неизбежное будущее.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ


Математика – достаточно общая дисциплина. Разумным видится, чтобы в сети появился центр, решающий математические задачи квалифицированно, под присмотром специалистов. А остальные сайты пользовались бы математическим сервисом по своей потребности.

Для чтения книг в букридерах используются выработанные практикой команды форматирования, в которых проблемы вывода матриц, графиков функций и формул обойдены вниманием. Все это может являться предметом широкой дискуссии, как лучше обустроить жизнь. Исполняемый в тексте сообщения алгоритм помечается тэгами <math> {{матричные операции}} </math>.

Полезны все основные операции: транспонирование {{X=A'}}, алгебраические сложение, умножение, левое {{A=A\B}} и правое {{X=B/A}} деления, поточечные операции: произведение и деление Адамара {{X=A.*B; X=A./B}}. Матричные формулы пишем плотно, без пробелов. Функции размещаем за скобками, например, кронекерово произведение матриц: A=kron(B,C). Вся эта математика, разумеется, может быть расширена тулбоксами.

Социальные сети исчерпали только первый слой пользователей, позволив обмениваться письмами, альбомами фотографий и кинофильмами. Этот первичный интерес сложил первый круг общения. Следом неизбежно пойдет формирование сетевых сред – математических сетей, учитывающих потребность в получении образования, потребность ведения научной работы и т.п. На таких серверах можно регистрировать блоги и журналы с математическим содержанием.

Здесь могут размещаются книги, журналы, учебные пособия, справочники и методички. Это некоторая альтернатива текстовым серверам lib.ru, proza.ru, aldebaran.ru и т.п., ограниченным в функционале представления данных. Для того, чтобы справиться с запросами, сеть разделяет ресурсы, часть математических задач решает на сервере, часть на клиенте. Неспециалисту об этом можно не задумываться, все делается автоматически.

Совершенно очевидно, что уже в первом своем десятилетии сетевые роботы усвоили материал вузовских задач прошлого века и их "уровень знаний" заметно выше, чем у среднего студента. Появление машин, посылающих на гаджет аналитическое и численное решения, неизбежно изменит требования к тому, что именно человеку нужно запоминать. Сейчас спорят о том, можно ли проносить гаджет на экзамен. Тогда как сам факт его существования должен менять этот самый экзамен, невозможно игнорировать жизнь.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ И ГРАФИКИ


Компьютеры постепенно меняют стиль написания математических формул, наследуемый еще от практики употребления гусинного пера и стило. При помощи клавиатуры определение норм векторов в пространстве Rn проще написать, например, указывая границы индексов в строчку:

|| x || 1 = Σ i=1:n | xi |, || x || 2 = ( Σ i=1:n | xi | 2 )1/2, || x || = max i=1:n | xi |,


то же самое касается интегралов || f || 1 = ∫ τ=0:∞ | f(τ) | dτ. Производные помечаются штрихом. Штрих используют также для транспонирования. Если не смешивать темы матриц и дифференциальных уравнений, то это более приемлемо, чем AT. Не надо переусложнять записи, компьютерный мир пережил несколько революций, наиболее устойчивы к новациям простые текстовые форматы.

ГРАФИЧЕСКИЕ ИЛЛЮСТРАЦИИ


Портрет матрицы. Вводится тэгом <m>A=[[1:#FFAAAA,2],[3,4]]:#AAFFAA:D:#AAAAFF</m>

A=
1
2
3
4


с опциями цвета (указываемыми через :) элементов – вслед элементу, фона – вслед матрице, далее уточняется опциями :D: – цвет диагонали, :R: – цвет верхнего правого треугольника и :L: – цвет нижнего левого треугольника

A=
1
0
0
0
1
0
0
0
1
A=
1
0
0
0
1
0
0
0
1


ПРИМЕРЫ МАТРИЦ





ПРИМЕРЫ ДИАГРАММ И ГРАФИКОВ



При воспроизведении данных Интернет-роботов, присоединенных к книгам авторов или к журнальным статьям, используются опции xml-форматов.

ИНТЕРНЕТ РОБОТОТЕХНИКА


Современные сетевые микропроцессоры позволяют подключать к системе непрерывно работающие в сети роботы. Это не обязательно марсоход на Марсе, но и он тоже, впрочем, такой же потенциальный объект новых книжных технологий.


Это могут роботы-сервоприводы довольно популярного ныне экологического направления: выращивания растений, подвижные роботы и т.п. Тема роботов широка и сочетаема с книгами нового поколения. Никогда еще современная методичка по робототехнике не выдавала прямого выхода на учебный стенд. Сегодня это реальность, это тоже черта живой книги.

РАБОТЫ СТУДЕНТОВ


Эти работы – исполняемые алгоритмы студентов: задор и оптимизм


Подрастающее поколение – они еще только начинающие волшебники


Ну и во все времена студенты любят пошутить


Н. А. Балонин, доктор технических наук, профессор

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

М. Б. Сергеев, доктор технических наук, профессор, директор

НИИ информационно-управляющих систем Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий механики и оптики

СЕТЕВЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Mathscinet.ru | LiveLab.spb.ru | Artspb.com

ЖУРНАЛЫ

Высшее образование в России | Информационно-управляющие системы

Rambler's Top100