Современные компьютерные средства для эффективного выполнения инженерных и научных расчетов
Каждый студент, инженер, исследователь, менеджер в своей деятельности сталкивается с необходимостью решать задачи, связанные с вычислениями и обработкой данных. Для решения основных математических задач разработаны численные методы. После создания в 40-х годах прошлого столетия первого программируемого компьютера именно компьютеры стали основным инструментом по работе с данными. В качестве среды для реализации численных методов и обработки данных выбираем электронные таблицы – табличный процессор MS Excel. С одной стороны электронные таблицы от других программ отличает простота и наглядность, с другой стороны, они обладают мощным аппаратом встроенных функций и надстроек, возможностью программирования.
Назначение и возможности электронных таблиц
Программа Microsoft Excel – среда для вычислений и обработки данных. MS Excel используют для решения инженерных и экономических задач.
Термин электронная таблица применяется для обозначения программы, предназначенной для хранения и обработки данных, представленных в табличном виде. Обработка данных включает в себя:
• проведение различных вычислений с использованием мощного аппарата функций и формул;
• наглядное представление данных в виде графиков и диаграмм.
• решение уравнений (алгебраических, нелинейных, дифференциальных);
• исследование влияния различных факторов на данные;
• решение задач оптимизации;
• создание и анализ небольших баз данных;
• статистический анализ данных;
Excel позволяет реализовать алгоритмы с линейной структурой, с повторением операций, циклами и разветвлениями.
Пользовательский интерфейс MS Excel
Табличный процессор MS Excel создает для работы так называемую книгу, которая содержит несколько листов, что позволяет удобно организовывать данные. Стандартный интерфейс программы Excel представлен на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Интерфейс Excel 2010
Строка заголовка содержит название файла, кнопки управления окном и панель быстрого доступа.
Лента предоставляет доступ к командам Excel и состоит из вкладок, связанных с определенными целями или объектами. Каждая вкладка, в свою очередь, состоит из нескольких групп взаимосвязанных элементов управления.
Строка формул отображает действительное содержимое активной ячейки), используется для ввода и редактирования значений и формул. Поле имени расположено в левой части строки формул и отображает имя активной ячейки.
Строка состояния представляет информацию о режимах работы, содержит встроенный калькулятор.
Рабочая область содержит открытую книгу. Внизу расположены ярлычки листов с названиями, кнопка для вставки нового листа и кнопки прокрутки ярлычков
Рабочий лист разбит на ячейки. Каждая ячейка представляет собой как бы отдельный вычислительный узел, а все ячейки могут обмениваться между собой данными. Ячейки образуется на пересечении столбцов и строк. Адрес ячейки состоит из обозначений столбца и строки. Столбец обозначается буквами английского алфавита, отображаемыми в верхней строке листа. Для столбцов в качестве имен используются буквы от А до Z, для последующих столбцов — пары букв, начиная от АА, АВ, АС и кончая AZ, затем берутся пары ВА, ВВ и т.д. Каждая строка имеет номер, отображаемый на левой стороне листа. Текущая ячейка (на которой стоит курсор) обведена рамкой, а ее адрес и содержимое высвечиваются в строке формул. Возможен также тип нумерации ячеек C1R1, когда строки и столбцы обозначаются цифрами.
Для вставки/удаления ячеек, строк, столбцов, листов используют команды Вставить и Удалить, расположенные на панели «Ячейки» вкладки Главная, или контекстное меню.
Ввод и вывод данных
Данные вводятся в ячейки листа. Excel различает следующие типы данных: числа, текст, дата, время.
При вводе чисел можно использовать символы
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 — + / , E e
В качестве разделителя в десятичных дробях используется запятая (тип десятичного разделителя зависит от региона, установленного в Windows). Ввод простых дробей начинается с ввода целой части или нуля, далее пробел и дробь, например «0 1/3». При записи чисел в экспоненциальном формате буква E или е означает «10 в степени». Например, 1E2 означает число 102=100. Число в ячейке может содержать до 15 значащих цифр. Максимально возможное число равно 9,99999999999999E307, минимальное: -9,99999999999999E307. Минимальное абсолютное значение составляет 1E-307. Если ширина ячейки недостаточна для того, чтобы вместить число, то вместо него отображаются символы ‘#’.
При вводе даты число, месяц и год следует набирать через точку, наклонную черту или дефис. Например, набор «9/5/22» приведет к появлению в ячейке «09.05.2022». При вводе времени часы от минут отделяются символом «:».
В Excel даты и время дня рассматриваются как числа. В числовом формате даты в Excel представляют собой количество дней от даты 01.01.1900, а время вычисляется как дробная часть суток. Числовая информация, введенная в ячейку, выравнивается по правому краю.
По умолчанию числа выводятся в формате «Общий».
Формат вывода данных в ячейках можно задавать с помощью кнопок на панели «Число» вкладки Главная или окна диалога «Формат ячеек» (рис. 1.3), вызываемого щелчком по угловой стрелке этой панели.
Рис. 1.3. Диалоговое окно «Формат ячеек»
Текст представляет собой последовательность букв или сочетание букв и цифр. Любая последовательность введенных в ячейку символов, которая не может быть интерпретирована Excel как число, формула, дата, время, логическое значение или значение ошибки, интерпретируется как текст. Введенный текст выравнивается в ячейке по левому краю.
Данные в формате текста вводятся автоматически при наборе текста или после символа «’» (апостроф) при вводе чисел. Текст в ячейке может содержать до 255 символов (включая пробелы). Если размер текста превышает ширину ячейки, его можно расположить в ячейке в несколько строк. Для этого на вкладке Главная в группе «Выравнивание» следует выбрать команду «Перенос текста».
Ввод формулы начинается со знака «=».
В Excel разработан механизм ввода последовательностей – рядов данных. Под рядами данных подразумеваются данные, отличающиеся друг от друга на фиксированный шаг. При этом данные не обязательно должны быть числовыми (например, дни недели). Для создания ряда данных необходимо выполнить следующие действия
• ввести в ячейку первый член ряда;
• подвести указатель мыши к маркеру заполнения (маленькому черному квадратику в правом нижнем углу выделенной ячейки, в этот момент белый крестик указателя мыши переходит в черный) и нажать левую клавишу мыши. Далее, удерживая нажатой кнопку мыши, протянуть нужную часть строки или столбца. После того, как кнопка будет отпущена, выделенная область заполнится данными.
Можно построить ряд и другим способом, если указать шаг построения. Для этого нужно ввести вручную второй член будущего ряда, выделить обе ячейки и провести описанную выше процедуру построения ряда.
Последовательность данных может быть построена с помощью окна диалога «Прогрессия» (вкладка Главная>группа «Редактирование» > кнопка «За-полнить» >команда «Прогрессия») (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Диалоговое окно «Прогрессия»
Проверка данных при вводе
Например, может потребоваться ограничить ввод данных предопределенными элементами списка, запретить ввод дат, находящихся за пределами определенного промежутка времени или разрешить ввод только положительных целых чисел.
Чтобы задать проверку данных при вводе, используется команда «Проверка данных», которая находится на вкладке Данные в группе «Работа с данными». Откроется окно диалога, в котором следует задать тип вводимых данных и диапазон (рис.1.5).
Рис. 1.5. Проверка вводимых значений
Форматирование ячеек электронной таблицы
Для того чтобы подчеркнуть содержание таблиц, их текстовое оформление должно быть разнообразным и соответствовать структуре таблиц.
Использование текста различной ориентации и начертания, оформление границ различными рамками рассмотрим на примере создания таблицы, содержащей числовой материал и различные заголовки. Предположим, что нам нужно оформить результаты продаж различных видов книг. Исходный материал после ввода текста и чисел в ячейки и результат форматирования этого материала представлены на рис. 1.6.
Ясно видно, что конечная таблица значительно выигрывает с точки зрения наглядности представления данных. Разберем поэтапно процесс перехода от начального вида таблицы к конечному.
Рис. 1.6. Оформление таблицы
Ввод текста таблицы
Исходя из структуры будущей таблицы, необходимо выбрать ячейки для расположения заголовков таблицы и ввести в них текст и числовой материал. В результате получаем то, что на рисунке расположено в ячейках A2:D5.
Форматирование
Для размещения главного заголовка таблицы по центру необходимо выделить ячейки A2:D2 и воспользоваться кнопкой «Объединить и поместить в центре» на панели «Выравнивание». Та же операция в приведенном примере была проделана с ячейками A3:A4 и ячейками B3:D3. Можно выбрать ориентацию расположения текста в выделенных ячейках. Выравнивание по горизонтали и по вертикали позволяет выбрать вариант расположения текста относительно границ ячейки, а команда «Перенос текста» разрешает размещать в ячейке несколько строк текста, автоматически увеличивая высоту ячейки по мере появления новых строк текста в ней. Кнопки на панели «Шрифт» вкладки Главная позволяют выбрать шрифт, размер и начертание, а также границы и цвет заливки (рис. 1.6).
Все описанные выше команды также находятся в окне диалога «Формат ячеек» (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Окно диалога «Формат ячеек»
Условное форматирование
Чтобы подчеркнуть особое значение той или иной величины, выводимой в ячейке, ячейку можно отформатировать специальным образом. Но так как значение величины может быть разным, то и форматирование необходимо делать учетом значения описываемой величины. Для этого необходимо выполнить команду: Главная>Стили>Условное форматирование, затем выбрать правила форматирования (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Условное форматирование ячеек