Wykład 4
Transkrypt
Wykład 4
Techniki informacyjne Część 4 dr inż. Michał Łanczont Wydział Elektrotechniki i Informatyki p. E419 tel. 81-538-42-93 [email protected] http://lanczont.pollub.pl Arkusz kalkulacyjny • Arkusz kalkulacyjny to program komputerowy przedstawiający dane, głównie liczbowe, w postaci zestawu dużych tabel dwuwymiarowych, pozwalający na automatyczną obróbkę tych danych oraz na prezentację ich w różny sposób. • Najważniejszym narzędziem arkusza kalkulacyjnego są funkcje (matematyczne, statystyczne, daty i czasu, finansowe, bazodanowe, logiczne), za pomocą których wprowadzone do arkusza dane są automatycznie przetwarzane. Możliwe jest także tworzenie różnego rodzaju symulacji. • Za pomocą arkusza kalkulacyjnego można także wizualizować dane, prezentując je w postaci wykresów (kolumnowych, słupkowych, kołowych, liniowych, warstwowych itd.), które pozwalają łatwiej zorientować się we wzajemnych zależnościach i tendencjach. • W zaawansowanych arkuszach kalkulacyjnych dostępne są również języki makropoleceń i języki programowania, przetwarzanie danych. 2 Arkusz kalkulacyjny • Pierwszy arkusz kalkulacyjny – VisiCalc: Apple 2 (32 kb), 254 wiersze i 63 kolumny – 1979, e ciągu 6 lat sprzedano milion kopii(Apple II, Atari 800 i IBM PC) • Po kilku latach istniało ponad 60 programów wzorowanych na VisiCalc • Lotus 1-2-3 wykresy (5 rodzajów) wsparcie baz danych, 1983 • Quatro (Quatro pro) arkusz kalkulacyjny firmy Borland: 1988, w wersji okienkowej włączony do pakietu WordPerfect Office • Multiplan arkusz kalkulacyjny Microsoftu: 1982, brak wykresów, ale możliwość definiowania powiązań pomiędzy arkuszami • Excel arkusz kalkulacyjny Microsoftu, powstał jako ewolucja Multiplanu dla Macintoshe, wersja Windows 3 ukazała się dwa lata później Arkusze kalkulacyjne Twórcy pierwszego arkusza kalkulacyjnego Multiplan w wersji dla DOS Jedna z pierwszych wersji VisiCalc (komputer Atari 800) 4 Parametry wybranych arkuszy Arkusz Rok wydania Platformy Rozmiary arkusza (kolumny × wiersze) Liczba funkcji Liczba wykresów Cena VisiCalc Lotus 1-2-3 Excel 1.0 Excel 2003 1979 1983 (1981 na PC) Apple II, Atari, Commodore, PC HP, Radio Shack, Sony, PC 1985 2003 (1987 na PC) 63 × 254 256 × 2048 256 × 16384 256 × 65536 28 41 114 235 0 5 7 14 99$ 495$ 395$ 229$ Macintosh, PC PC 5 Zakres wykładu • Arkusze kalkulacyjne – Microsoft Excel – OpenOffice Calc • Analiza i wizualizacja danych – SciDAVIs - freeware – Grapher - komercyjny • Digitalizacja wykresów – Engauge Digitizer 6 Microsoft Excel Pasek narzędzi Aktywna komórka Pasek formuły Kolumny Komórka Wiersze Pasek arkuszy Pasek widoków 7 OpenOffice Calc Menu programu Pasek narzędzi Pasek formuły Aktywna komórka Kolumny Wiersze Komórka Pasek arkuszy 8 Formatowanie warunkowe Formatowanie warunkowe – formatowanie, które MS Excel automatycznie stosuje do komórek, jeśli jest spełniony określony warunek (reguła). Formatowanie warunkowe stosuje się w celu wizualnego odznaczenia komórek zawierających wartości spełniające określone warunki. Wyróżnienie może być realizowane poprzez: 1. Format czcionki 2. Format ramki 3. Format tła 4. Ikony 5. Paski danych W środowisku zaimplementowano kilkanaście predefiniowanych warunkowych formatowań. 9 Formatowanie warunkowe Formatowanie na podstawie wartości: 1.Najniższa-najwyższa wartość 2.Formuła – programowalna 3.Liczbowa 4.Procentowa 10 Formatowanie warunkowe Formatowanie na podstawie zawartości 11 Formatowanie warunkowe Formatowanie na podstawie klasyfikacji wartości Formatowanie na podstawie wartości średniej 12 Formatowanie warunkowe Formatowanie na podstawie unikalności Formatowanie na podstawie zaprogramowanej formuły 13 Formatowanie warunkowe Przykłady 14 Typy zmiennych 1. Tekst: 2. Liczba: a) Ułamek: b) Procent: c) Waluta: d) Naukowe: Ala ma kota 12,45 12 4/9 1245,00% 12,45 zł 1,25E+01 2008-04-06 3. Data: 4. Specjalne:(kod pocztowy, PESEL, NIP itp.) 5. Formuła: 6. Funkcja: =B3+C3 =SUMA(A4:C8) 15 Import danych • Import z pliku (wczytanie poprzez kreator importu tekstu) • Wklejenie lub wklejenie specjalne 16 Odwołania Odwołania względne - gdy zmienia się pozycja komórki zawierającej formułę, zmienia się też odwołanie. =B4*C4*F4 Odwołania bezwzględne - zawsze odwołuje się do komórki w określonej lokalizacji. Gdy zmienia się pozycja komórki zawierającej formułę, odwołanie bezwzględne pozostaje niezmienione. =B4*C4*$F$4 Odwołanie do zawartości innego arkusza: 1. Microsoft Excel: =Arkusz2!D19+C6 2. OpenOffice Calc: =Arkusz2.D19+C6 17 Operatory działań Priorytety Lp. Symbol Operator Priorytet Przykład 1 ^ Potęgowanie 1 =C6^$E$1 2 * Mnożenie 2 =2*C6 3 / Dzielenie 2 =C6/D6 4 + Dodawanie 3 =A1+B1 5 - Odejmowanie 3 =A1-B1 6 & Konkatenacja 4 =C1&” i „&C2 7 = Równy 5 B6=0 8 < Mniejszy niż 5 A1<A2 9 > Większy niż 5 A1>A2 18 Funkcje Arkusze kalkulacyjne zawierają wiele zdefiniowanych lub wbudowanych formuł nazywanych funkcjami. Podstawę stanowi baza funkcji zdefiniowanych w środowisku Microsoft Excel. Funkcję możne definiować: 1. Po wpisaniu w aktywnej komórce znaku ”=„ 2. Po kliknięciu przycisku funkcji 19 Funkcje Zdefiniowane funkcje podzielone są na grupy tematyczne: 1. Finansowe 2. Daty i czasu 3. Matematyczne 4. Statystyczne 5. Wyszukiwania i adresu 6. Bazy danych 7. Tekstowe 8. Logiczne 9. Informacyjne 10.Inżynierskie 11.Modułowe 1. Baza danych 2. Data i godzina 3. Finanse 4. Informacja 5. Logiczne 6. Matematyczne 7. Macierz 8. Statystyka 9. Arkusz kalkulacyjny 10.Tekst 11.Dodatek Dodatkowo dostępne są do wyboru: Ostatnio używane i Wszystkie. 20 Funkcje Matematyczne • Liczba π: PI() • Konwersja stopni na radiany: RADIANY(100) • Konwersja radiany na stopnie: STOPNIE(3,1415) • Funkcje trygonometryczne: SIN(0,36) TAN(0,5*PI()) • Funkcje trygonometryczne odwrotne: ASIN(0,5) ATAN(0,5) 21 Funkcje Matematyczne • ATAN na podstawie współrzędnych (argument liczby zespolonej): ATAN2(C1;C2) • Funkcje hiperboliczne: SINH(A1) ACOS(B1) • Największy wspólny dzielni: GCD(A1;A2;A3;A4) GCD(A1:A4) • Najmniejsza wspólna wielokrotność: LCM(A1;A2;A3;A4) LCM(A1:A4) 22 Funkcje Matematyczne • Zaokrąglenie do wielokrotności liczby: MROUND(A1;2) • Zaokrąglenie w górę lub dół: ZAOKR.W.GÓRĘ(A1;3) ZAOKR.W.DÓŁ(A1;1) • Zaokrąglenie do parzystej lub nieparzystej: ZAOKR.DO.PARZ(A1) ZAOKR.DO.NPARZ(A1) • Zaokrąglenie do całkowitej: ZAOKR.DO.CAŁK(A2) 23 Funkcje Matematyczne Działania na macierzach • Wyznacznik macierzy: WYZNACZNIK.MACIERZY(A1:C3) • Macierz odwrotna: MACIERZ.ODW(A1:C3) • Iloczyn macierzy: MACIERZ.ILOCZYN(A1:C3;A4:C6) 24 Funkcje Matematyczne • Jeżeli wynikiem działania jest macierz konieczne jest zdefiniowanie formuły tablicowej. • Dla jednej z komórek zmiennej tablicowej zapisać funkcję • Zaznacza się obszar funkcji tablicowej • Nacisnąć F2 i następnie CTRL + SHIFT + ENTER 25 Funkcje Matematyczne • Logarytmy: LN(A1) LOG(A1;B1) LOG10(A1) • Potęgowe: EXP(A1) POTĘGA(A1;B1) Generowanie liczb losowych • Generuje liczbę losową w przedziale (0;1): LOS() • Generuje liczbę losową w zadanym przedziale: RANDBETWEEN(-10;20) 26 Funkcje Matematyczne - SUMY • Suma: SUMA(A1;A2;A3;A4) SUMA(A1:A4) • Suma warunkowa: SUMA.JEŻELI(A1:A6;”>6”;B1:B6) • Suma iloczynów : SUMA.ILOCZYNÓW(A1:A6;B1:B6) • Suma kwadratów : SUMA.KWADRATÓW(A1:A6;B1:B6) 27 Funkcje Matematyczne - SUMY • Suma różnic kwadratów : SUMA.X2.M.Y2(A1:A6;B1:B6) • Suma sum kwadratów : SUMA.X2.P.Y2(A1:A6;B1:B6) • Suma kwadratów różnic : SUMA.XMY.2(A1:A6;B1:B6) 28 Funkcje Funkcje inżynierskie • Funkcje Bessela – rozwiązywanie równań różniczkowych • Funkcje konwersji – konwersje pomiędzy różnymi systemami liczbowymi (dwójkowy na szesnastkowy) • Funkcje rachunku zespolonego 29 Funkcje Funkcje inżynierskie CONVERT(##;”Jednostka 1”;”Jednostka 2”) Funkcja konwersji pomiędzy systemami miar. 1. Ciężar i masa 2. Odległość 3. Czas 4. Ciśnienie 5. Siła CIĘŻAR I MASA Gram Slug Funt masy U (jednostka masy atomowej) Uncja masy 6. Energia 7. Moc (Potęga) 8. Pole magnetyczne 9. Temperatura 10.Pojemność JEDNOSTKA "g" "sg" "lbm" "u" "ozm" PREFIKS kilo hekto deka centy mili mikro MNOŻNIK 1E+03 1E+02 1E+01 1E-02 1E-03 1E-06 SKRÓT "k" "h" "da" "c" "m" "u" 30 Funkcje Funkcje inżynierskie Konwersja pomiędzy systemami dwójkowym, ósemkowym, dziesiętnym i szesnastkowym DEC2BIN DEC2HEX DEC2OCT HEX2BIN HEX2DEC HEX2OCT OCT2BIN OCT2DEC OCT2HEX BIN2DEC BIN2HEX BIN2OCT Z postaci dziesiętnej na postać dwójkową. Z postaci dziesiętnej na liczbę w postaci szesnastkowej. Z postaci dziesiętnej na liczbę w postaci ósemkowej. Z postaci szesnastkowej na liczbę w postaci dwójkowej. Z postaci szesnastkowej na liczbę w postaci dziesiętnej. Z postaci szesnastkowej na liczbę w postaci ósemkowej. Z postaci ósemkowej na liczbę w postaci dwójkowej. Z postaci ósemkowej na liczbę w postaci dziesiętnej. Z postaci ósemkowej na liczbę w postaci szesnastkowej. Z postaci dwójkowej na liczbę w postaci dziesiętnej. Z postaci dwójkowej na liczbę w postaci szesnastkowej. Z postaci dwójkowej na liczbę w postaci ósemkowej. 31 Funkcje Rachunek zespolony Liczba zespolona zapisywana w postaci: 20+56i Jest to postać tekstowa! Zwraca wartość bezwzględną (moduł) IMABS liczby zespolonej. =IMABS(„5+12i”) -> 13, =IMABS(A1) Zwraca wartość części urojonej liczby IMAGINARY zespolonej. =IMAGINARY(„25+36i”) -> 36, =IMAGINARY(A3) Zwraca wartość argumentu liczby IMARGUMENT zespolonej, przy czym kąt wyrażony jest w radianach. =IMARGUMENT(„25+50i”) -> 1,107149 32 Funkcje Rachunek zespolony Zwraca wartość liczby sprzężonej danej IMCONJUGATE liczby zespolonej. =IMCONJUGATE(„25+50i”) -> 25-50i Zwraca wartość cosinusa liczby IMCOS zespolonej. =IMCOS(„0,78-1,57i”) -> 1,78+1,617i Zwraca wartość ilorazu dwóch liczb IMDIV zespolonych. =IMDIV("-238+240i";"10+24i") -> 5+12i Zwraca postać wykładniczą liczby IMEXP zespolonej. =IMEXP(„5+12i”) -> 125,239-79,634i 33 Funkcje Rachunek zespolony Zwraca wartość logarytmu naturalnego IMLN liczby zespolonej. =IMLN(„5+12i”) -> 2,5649+1,176i Zwraca wartość logarytmu dziesiętnego IMLOG10 liczby zespolonej. =IMLOG10(„5+12i”) -> 1,1139+0,5107i Zwraca wartość logarytmu liczby zespolonej IMLOG2 przy podstawie 2. =IMLOG2(„5+12i”) -> 3,7004+1,6966i Zwraca wartość liczby zespolonej IMPOWER podniesionej do potęgi całkowitej. =IMPOWER(„5+12i”;5) -> 341525-145668i Zwraca wartość iloczynu liczb zespolonych IMPRODUCT (2-255). =IMPRODUCT(„1+1i”;”3+3i”),=IMPRODUCT(A1:A8) 34 Funkcje Rachunek zespolony Zwraca wartość części rzeczywistej liczby IMREAL zespolonej. =IMREAL(„123+65i”) -> 123 Zwraca wartość sinusa liczby zespolonej. IMSIN =IMSIN(„0,78-1,57i”) -> 1,763-1,6346i Zwraca wartość pierwiastka kwadratowego z IMSQRT liczby zespolonej. =IMSQRT(„5+12i”) -> 3+2i Zwraca wartość różnicy dwóch liczb IMSUB zespolonych. =IMSUB(„5+12i”;”3+2i”) -> 2+10i Zwraca wartość sumy liczb zespolonych. IMSUM =IMSUM(„3+2i”;”2+3i”), =IMSUM(A1:A9) 35 Funkcje logiczne Stosowane w celu zaprogramowania warunkowego wykonania instrukcji • JEŻELI(Warunek;Jeżeli_prawda;Jeżeli_fałsz) Funkcja sprawdza warunek i jeżeli wynik jest prawdziwy, wykonywana jest zadanie dla „Prawdy”, jeżeli wynik zwraca fałsz, wykonywane jest zadanie „Fałszu”. Funkcje rozszerzające funkcjonalność funkcji warunkowej JEŻELI • ORAZ(Warunek_1;Warunek_2;…;Warunek_n) Funkcja zwraca wynik „Prawda” tylko gdy wszystkie zdefiniowane warunki są prawdziwe • LUB(Warunek_1;Warunek_2;…;Warunek_n) Funkcja zwraca wynik „Prawda” gdy chociaż jeden z zdefiniowanych warunków jest prawdziwy 36 Funkcje wyszukiwania Stosowane w sytuacji gdy parametr obliczeń należy dobrać z tabeli. 1. WYSZUKAJ.PIONOWO(Wartość;Tabela;Nr_kolumny; Dokładność) 2. WYSZUKAJ.POZIOMO(Wartość;Tabela;Nr_kolumny; Dokładność) 37 Narzędzia analityczne Rozwiązywanie równań w oparciu o narzędzie SZUKAJ WYNIKU 38 Narzędzia analityczne Do rozwiązywania problemów optymalizacyjnych danej funkcji (liniowej jak i nieliniowej) dostępne jest narzędzie SOLVER Narzędzie nie jest przy standardowej instalacji dostępne. Należy je ręcznie dodać poprzez „Opcje programu Excel/Dodatki/Dodatek Solver”. Po dodaniu SOLVER dostępny jest w zakładce Dane i grupie Analiza 39 Narzędzia analityczne Zastosowanie SOLVER’a optymalizacji produkcji maksymalizacji zysków. na przykładzie firmy w celu 40 Narzędzia analityczne Po 1. 2. 3. aktywacji SOLVER’a należy: Wskazać komórkę celu optymalizacji Wybranie warunku zbieżności równania Zdefiniowaniu zmiennych 1. 2. 3. 41 Narzędzia analityczne Definiowanie warunków ograniczających: 1. Liczba wyprodukowanych produktów nie może przekraczać popyt 2. Całkowity nakład pracy nie może przekraczać limitu miesięcznego 3. Zużyty materiał nie może być większy od zapasu magazynowego 4. Liczba wyprodukowanych produktów musi być liczbą całkowitą 42 Narzędzia analityczne Symbol Znaczenie >= Zmienna większa lub równa określonej wartości <= Zmienna mniejsza lub równa określonej wartości = Zmienna równa określonej wartości int Zmienna całkowita bin Zmienna binarna (dwójkowa) 43 Narzędzia analityczne Można ustawić parametry SOLVER’a: 1. 2. 3. 4. Maksymalny czas poszukiwania rozwiązania (1-32767s) Liczba iteracji (1-32767) Dokładność obliczeń (0-1) Zbieżność ((0-1) Rozwiązanie zadania następuje po kliknięciu przycisku 44 rozwiąż. Narzędzia analityczne 45 Narzędzia analityczne 46 Wykresy W zastosowaniach inżynierskich 2. 1. zastosowanie mają głównie wykresy punktowe. Wykresy tworzone są z dwóch typów danych: obliczeniowych i pomiarowych. 1. Dla danych obliczeniowych (symulacyjnych) optymalny jest typ punktowy z wygładzonymi liniami. 2. Dla danych pomiarowych (eksperymentalnych) optymalny jest typ punktowy tylko ze znacznikami. 47 Wykresy Dodawanie wykresu: 1. Po zaznaczeniu danych w arkuszy, z paska zadań wybiera się żądany typ wykresu 2. Po wybraniu typu wykresu za pomocą skrótu „Zaznacz dane” z paska „Projektowanie” należy wskazać dane dla wykresu 48 Wykresy Formatowanie osi Wywołanie menu podręcznego dla osi umożliwia dostęp do okna formatowania osi. 49 Wykresy Formatowanie serii danych Wywołując menu podręczne dla graficznej reprezentacji serii danych możliwe jest formatowanie krzywej wykresu 50 Wykresy Formatowanie osi 51 Wykresy Formatowanie legendy • W analogiczny sposób można formatować wizualną formę legendy i wpisów w legendzie • Poszczególne nazwy z legendy tworzone są na postawie nazw kolumn 52 Wykresy Linia trendu 53 Wykresy 54 SciDAVis SciDAVis jest darmową aplikacją do Scientific Data Analysis and Visualization. Najnowszą wersję programu można pobrać ze strony projektu: http://scidavis.sourceforge.net/ Program umożliwia prezentację dwui trójwymiarowych wykresów danych oraz analizę tych danych. 55 SciDAVis Wykresy Wykresy w środowisku SciDAVis tworzy się w oparciu o dane zapisane w tablicy lub na podstawie podanego równania. Wykresy 2D jedno lub wielowarstwowe tworzy się na podstawie tablic, natomiast wykresy 3D na podstawie macierzy (MATRIX), specjalnej tablicy zawierające tylko wartości dla osi Z. W praktyce inżynierskiej najczęściej tworzy się wykresy 2D punktowe. Wykresy 3D powierzchniowe stosuje się rzadziej (np. w zagadnieniach polowych). 56 SciDAVis Format - preferencje Środowisko SciDAVis można w prosty skonfigurować do własnych potrzeb. sposób 57 SciDAVis Import danych Dane do tablicy można prowadzać: 1.Z klawiatury 2.Wklejając ze schowka 3.Importując z pliku tekstowego (CTRL+K) 58 SciDAVis Zarządzanie tabelą • Opisy kolumn • Dodawanie kolumn • Dodawanie wierszy 59 SciDAVis Tworzenie wykresu Na podstawie danych z tablicy: 1. Zaznaczyć dane dla wykresu (wiersze i kolumny) 2. Z menu „Plot” wybrać typ wykresu a) Linia b) Punkty c) Linia i punkty 60 SciDAVis Dostosowanie wykresu Podwójne kliknięcie na wykresie powoduje otwarcie okna ustawień parametrów wykresu 61 SciDAVis Dostosowanie wykresu Podwójne kliknięcie na jednej z osi powoduje otwarcie okna konfiguracji osi 62 SciDAVis Dostosowanie wykresu Podwójne kliknięcie na jednej z osi powoduje otwarcie okna konfiguracji osi 63 SciDAVis Dostosowanie wykresu Analogicznie należy postąpić z konfiguracją tytułu wykresu i legendą. Ramkę z legendą można dowolnie przemieszczać po oknie graficznym wykresu. Tytuł wykresu Legenda 64 SciDAVis Dostosowanie wykresu 65 SciDAVis Wykres funkcji • Nowy wykres funkcji – File/New/New Function Plot • Wypełnienie kolumny danymi z funkcji (ALT+Q) – Table/Assign Formula 66 SciDAVis Wykres funkcji • Nowy wykres funkcji – File/New/New Function Plot • Wypełnienie kolumny danymi z funkcji (ALT+Q) – Table/Assign Formula • Przeliczone dane można dodać do istniejącego wykresu jako nową krzywą 67 SciDAVis Wykres funkcji Przeliczone dane można dodać do istniejącego wykresu jako nową krzywą 68 SciDAVis Osie pomocnicze 69 SciDAVis Wykresy wielowarstwowe Guess – dodaje nową ramkę wykresu Top-left corner – tworzy nową warstwę na istniejącym wykresie 70 SciDAVis Analiza danych i krzywych FFT – Szybka transformata Fouriera: Analiza częstotliwościowa sygnału f0=0.85 Hz, 10 harmonicznych 71 SciDAVis Analiza danych i krzywych Szybka aproksymacja – QUICK FIT 72 SciDAVis Fit Wizard Wyznaczanie parametrów (stałych) dowolnego równania aproksymującego dane 73 Digitalizacja wykresów Enguage Digitizer Przetwarzanie graficznej postaci wykresu na cyfrową (tabelę danych). • Charakterystyki materiałowe • Dane katalogowe Enguage Digitizer – darmowe narzędzie do digitalizacji skanów wykresów: http://digitizer.sourceforge.net/ 74 Enguage Digitizer 75 Enguage Digitizer Etapy procesu digitalizacji: 1. Wczytanie pliku graficznego z obrazem charakterystyki 2. Zdefiniowanie osi wykresu a) Wymiary – wartości minimów i maksimów b) Skala osi – liniowa lub logarytmiczna c) Układ współrzędnych – kartezjański lub walcowy 3. Zaznaczanie charakterystyki a) Automatyczna b) Ręczne 76 Enguage Digitizer Digitalizacja „ręczna” Digitalizacja „automatyczna” 77 Enguage Digitizer Osie 78 Enguage Digitizer Digitalizacja 79 Enguage Digitizer Digitalizacja 80 Enguage Digitizer Digitalizacja 81 Enguage Digitizer Digitalizacja 82 Enguage Digitizer Digitalizacja 83