stringtranslate.com

Методы ввода калькулятора

Калькуляторы интерпретируют нажатия клавиш по-разному . Их можно разделить на два основных типа:

Немедленное исполнение

TI -108 — это простой калькулятор с четырьмя функциями, использующий одношаговое выполнение.

Режим немедленного выполнения операции (также известный как одношаговый , алгебраическая система ввода ( AES ) [7] или режим цепного вычисления ) обычно используется в большинстве калькуляторов общего назначения. В большинстве простых калькуляторов с четырьмя функциями, таких как калькулятор Windows в стандартном режиме и тех, которые были включены в большинство ранних операционных систем , каждая двоичная операция выполняется, как только нажимается следующий оператор, и поэтому порядок операций в математическом выражении не принимается во внимание. Научные калькуляторы , включая научный режим в калькуляторе Windows и большинстве современных программных калькуляторов, имеют кнопки для скобок и могут учитывать порядок операций. Кроме того, для унарных операций , таких как √ или x 2 , сначала вводится число, а затем оператор; это в значительной степени связано с тем, что экраны дисплеев на таких типах калькуляторов, как правило, полностью состоят из семисегментных символов и, таким образом, способны отображать только числа, а не связанные с ними функции. Этот режим работы также делает невозможным изменение вводимого выражения без полной очистки дисплея.

Примеры были приведены дважды. Первая версия предназначена для простых калькуляторов, показывающая, как необходимо переставлять операнды, чтобы получить правильный результат. Вторая версия предназначена для научных калькуляторов , где соблюдается приоритет операторов . Существуют различные формы схем приоритета операторов. В алгебраической системе ввода с иерархией ( AESH ) [7] учитывается приоритет основных математических операторов, [7] тогда как калькуляторы с алгебраической системой ввода со скобками ( AESP ) [7] поддерживают ввод скобок. [7] Схема ввода, известная как алгебраическая операционная система ( AOS ) [7] , объединяет обе. [7] Это название Texas Instruments использует для схемы ввода, используемой в некоторых своих калькуляторах. [8]

Калькуляторы с немедленным выполнением основаны на смеси инфиксной и постфиксной нотации: бинарные операции выполняются как инфиксная, а унарные — как постфиксная. Поскольку операторы применяются по одному, пользователь должен решить, какую клавишу оператора использовать на каждом этапе, и это может привести к проблемам. [9] [10] При обсуждении этих проблем Гарольд В. Тимблби указал, что кнопочные калькуляторы «требуют, чтобы числа и знаки операций набирались в определенном порядке, и ошибки легко допустить и трудно обнаружить». [11]

Проблемы могут возникнуть, поскольку для любого расчета, за исключением самых простых, чтобы вычислить значение записанной формулы, пользователю кнопочного калькулятора необходимо:

Ошибки бывает трудно обнаружить, потому что:

Примеры трудностей

Простейший пример возможной проблемы при использовании калькулятора с немедленным выполнением, приведенный Тимблби, — это 4 × (−5). Как записанная формула, значение этого равно −20, поскольку знак минус предназначен для указания отрицательного числа, а не вычитания, и именно так это будет интерпретироваться калькулятором формул.

На калькуляторе с немедленным выполнением, в зависимости от того, какие клавиши используются и в каком порядке они нажимаются, результат этого расчета может быть разным. Также существуют различия между калькуляторами в том, как интерпретируется заданная последовательность нажатий кнопок. Результат может быть:

Влияние приоритета операторов, скобок и некоммутативных операторов на последовательность нажатий кнопок проиллюстрировано следующим образом:

Это только простые примеры, но калькуляторы немедленного выполнения могут представлять еще большие проблемы в более сложных случаях. Фактически, Тимблби утверждает, что пользователи могли быть приучены избегать их для всех, кроме самых простых вычислений.

Декларативные и императивные инструменты

Потенциальные проблемы с калькуляторами немедленного выполнения вытекают из того факта, что они являются императивными . Это означает, что пользователь должен предоставить подробную информацию о том, как должен выполняться расчет.

Тимблби определил необходимость в калькуляторе, который был бы более автоматическим и, следовательно, более простым в использовании, и он утверждает, что такой калькулятор должен быть более декларативным . Это означает, что пользователь должен иметь возможность указать только то, что должно быть сделано, а не то, как и в каком порядке это должно быть сделано.

Формульные калькуляторы более декларативны, поскольку введенная формула определяет, что должно быть сделано, и пользователю не нужно предоставлять никаких подробностей о пошаговом порядке, в котором должен выполняться расчет.

Декларативные решения легче понять, чем императивные решения, [12] и существует долгосрочная тенденция перехода от императивных методов к декларативным. [13] [14] Калькуляторы формул являются частью этой тенденции.

Многие программные инструменты для обычного пользователя, такие как электронные таблицы, являются декларативными. Примерами таких инструментов являются калькуляторы формул.

Использование всей мощности компьютера

Программные калькуляторы, имитирующие ручные калькуляторы с мгновенным выполнением, не используют всю мощность компьютера: «Компьютер — гораздо более мощное устройство, чем ручной калькулятор, и поэтому нелогично и ограничивающе дублировать ручные калькуляторы на компьютере». (Haxial Software Pty Ltd) Калькуляторы формул используют большую часть мощности компьютера, поскольку, помимо вычисления значения формулы, они определяют порядок, в котором должны выполняться действия.

Инфиксная нотация

Научный калькулятор Sharp с инфиксной записью. Обратите внимание на формулу на линии точечной матрицы выше и ответ на линии из семи сегментов ниже, а также на клавиши со стрелками, позволяющие просматривать и редактировать запись.
Эта программа-калькулятор приняла ввод в инфиксной нотации и вернула ответ . Здесь запятая является десятичным разделителем.

Инфиксная запись — это метод, аналогичный непосредственному выполнению с помощью AESH и/или AESP, но унарные операции вводятся в калькулятор в том же порядке, в котором они записаны на бумаге.

Калькуляторы, использующие инфиксную запись, как правило, включают в себя матричный дисплей для отображения вводимого выражения, часто сопровождаемый семисегментным дисплеем для результата выражения. Поскольку выражение не оценивается, пока оно не введено полностью, существует возможность редактирования введенного выражения в любой момент до оценки, а также воспроизведения введенных выражений и их ответов из памяти.

Большинство графических калькуляторов Casio и Texas Instruments используют этот метод. Sharp называет этот метод Direct Algebraic Logic ( DAL ) [15] , Casio называет этот метод Visually Perfect Algebraic Method ( VPAM ) [16] , а Texas Instruments называет его Equation Operating System ( EOS ) [8] .

Обратная польская запись

Скриншот программы RPN Calculator на Linux
Все калькуляторы Hewlett -Packard серии Voyager используют ввод RPN. Клавиша «Enter» используется здесь для помещения значения с дисплея в стек.

В обратной польской нотации [7], также известной как постфиксная нотация, все операции вводятся после операндов , над которыми выполняется операция. Обратная польская нотация не содержит скобок, что обычно приводит к меньшему количеству нажатий кнопок, необходимых для выполнения операции. Используя стек , можно вводить формулы без необходимости переставлять операнды.

Калькуляторы Hewlett-Packard являются хорошо известными примерами среди калькуляторов, использующих RPN. Ранние модели, такие как HP-35 , использовали RPN полностью без каких-либо альтернативных методов. Более поздние модели могут переключаться между RPN и другой нотацией, например, HP-12C Platinum , которая включает как RPN, так и немедленное выполнение (с операциями, выполняемыми строго в порядке ввода входных данных), HP 33s как с RPN, так и с гибридом немедленной/инфиксной алгебраической нотации (операции выполняются в соответствии со стандартным порядком операций, но функции с одним операндом вводятся с операндом, за которым следует оператор), и его преемник HP 35s как с RPN, так и со стандартной алгебраической инфиксной нотацией.

Примечание: Первый пример иллюстрирует один из немногих случаев, когда обратная польская нотация не использует наименьшее количество нажатий кнопок – при условии, что не переставлять операнды. Если бы это сделать, то потребовалось бы всего шесть нажатий клавиш.

БАЗОВАЯ нотация

Экран ввода уравнения на TI-89 , показывающий скобки после параметров ln, sin и cos. Если бы они были опущены, уравнение интерпретировалось бы как вместо .

Нотация BASIC — это частная реализация инфиксной нотации, в которой функции требуют, чтобы их параметры были заключены в скобки.

Этот метод использовался с 1980-х по 1990-е годы в программируемых калькуляторах BASIC и карманных компьютерах . Texas Instruments позже реализовала этот метод во многих своих графических калькуляторах, включая серии TI-83 и TI-84 Plus . Большинство систем компьютерной алгебры (CAS) также используют его в качестве метода ввода по умолчанию.

В нотации BASIC формула вводится так же, как и в BASIC , с помощью PRINTкоманды – PRINTсама команда необязательна. При нажатии «ENTER» или «=" будет отображен результат. Как и в стандартной инфиксной нотации, опечатки во введенной формуле можно исправить с помощью той же функции редактора, которая использовалась при программировании калькулятора.

Для второго примера приведены два варианта в зависимости от того, имеют ли программируемые карманные компьютеры BASIC специальные тригонометрические клавиши [18] или нет. [19]

Десять нот

Этот печатающий калькулятор от Sharp использует десятиклавишную нотацию. Обратите внимание на размер и расположение клавиш, включая очень большие клавиши "+/=" и красные клавиши "-/=".

Метод ввода с помощью десяти клавиш впервые стал популярен в счетных машинах бухгалтеров с бумажной лентой . Обычно он предполагает, что введенные числа суммируются, хотя поддерживаются и другие операции. Каждое введенное число сопровождается его знаком (+/−), и сохраняется текущая сумма. Предполагается, что последний операнд может быть неявно использован следующим, поэтому, просто введя еще один + (например), можно повторно использовать самый последний операнд. Режим ввода с помощью десяти клавиш доступен в печатных калькуляторах таких компаний, как Sharp , [20] и в программных калькуляторах, таких как TenKey Джуди [21], используемых бухгалтерскими фирмами. Также доступны онлайн-инструменты обучения и сертификации по десяти клавишам, [22] [23], и некоторые предприятия используют скорость набора текста с помощью десяти клавиш в качестве критерия при приеме на работу.

Математическое отображение

Научный калькулятор Casio Natural Display, отображающий смешанные дроби и их десятичные эквиваленты в красивом виде
Красиво напечатанные команды, используемые для построения поверхности Дини в Mathematica

Современные системы компьютерной алгебры, а также многие научные и графические калькуляторы позволяют выполнять « красивую печать », то есть ввод уравнений таким образом, что дроби , иррациональные числа и интегралы и т. д. отображаются так, как они обычно пишутся. Такие калькуляторы, как правило, внешне похожи на те, которые используют инфиксную запись, но имеют полный матричный дисплей и шаблоны для ввода выражений, навигация по которым осуществляется с помощью клавиш со стрелками на калькуляторе. Шаблоны содержат пробелы для значений или выражений, которые необходимо ввести, а пустые значения обычно приводят к синтаксической ошибке, что делает навигацию по ним более сложной, чем стандартная инфиксная запись; стандартная инфиксная запись также часто является опцией на таких калькуляторах.

Casio раньше называла эту функцию Natural Display или Natural textbook display [24] [ 25], но теперь использует Natural-VPAM [26 ] . Sharp называет это WriteView [27] на своих научных калькуляторах и просто Equation Editor на своих графических калькуляторах [28] . HP называет это своей настройкой отображения Textbook [29] , которую можно использовать как в режиме RPN, так и в алгебраическом режиме, а также в стеке и в приложении Equation Writer [30] . Mathematica называет это Semantic-Faithful Typesetting [31] . Mathcad называет это стандартной математической нотацией [32 ] . Maple имеет Math Equation Editor [33] , но не имеет специального названия для этого метода ввода. Texas Instruments называет его MathPrint, [34] включив его в свои высококлассные калькуляторы, такие как серия TI-Nspire , а в 2011 году добавила эту функцию в свою серию TI-84 с обновлением ОС 2.55. [35]

Для второго примера даны два варианта, в зависимости от того, будут ли калькуляторы автоматически вставлять нужные скобки или нет. Машины, оснащенные буквенно-цифровым дисплеем, будут отображать SIN(30)×COS(30)до нажатия клавиши.↵ Enter

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Microsoft Windows Operating System Calculator Accessory; 2001. Доступно на ПК с Windows по адресу: Пуск/Все программы/Стандартные/Калькулятор.
  2. Страница калькулятора MotionNET в Интернете. Архивировано 01.05.2009 на Wayback Machine ; 2006.
  3. ^ Страница Flow Simulation Ltd Virtual Calc98 в Интернете; 2008.
  4. ^ Formula Calculators Pty Ltd [Домашняя страница в Интернете]; 2009.
  5. Страница Моисея Ойсгельта «JavaScript Formula Calculator» в Интернете; 2000.
  6. ^ Страница продукта калькулятора Haxial Software Pty Ltd в Интернете. Архивировано 28 апреля 2009 г. на Wayback Machine ; 2001 г.
  7. ^ abcdefgh Болл, Джон А. (1978). Алгоритмы для калькуляторов RPN (1-е изд.). Кембридж, Массачусетс, США: Wiley-Interscience , John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-03070-8. LCCN  77-14977 . Получено 21.09.2023 .
  8. ^ ab "Различия между алгебраической операционной системой (AOS) и операционной системой уравнений (EOS)". Texas Instruments . Получено 29.11.2022 .
  9. ^ Thimbleby, Harold W. (сентябрь 1998 г.). "Новый калькулятор и почему он необходим" (PDF) . Лондон, Великобритания: Computing Science, Middlesex University. Архивировано из оригинала (PDF) 2007-02-07 . Получено 2009-05-04 .
  10. ^ Холмс, Невилл (2003). «Истина и ясность в арифметике» (PDF) . Университет Тасмании. Архивировано (PDF) из оригинала 2006-10-07 . Получено 2023-09-21 .
  11. ^ "Профессор изобретает более простой калькулятор". www.physorg.com . United Press International . 2005-06-27. Архивировано из оригинала 2023-01-15 . Получено 2023-09-20 .
  12. ^ Фурман, Рой Э. (июль 2006 г.). «Декларативное программирование – стратегии решения проблем программного обеспечения». Архивировано из оригинала 2012-07-23 . Получено 2009-05-04 .
  13. ^ Уотт, Дэвид А. (1990). Концепции и парадигмы языков программирования . Международная серия Prentice Hall по информатике . Prentice Hall . ISBN 978-0-13728874-8.
  14. ^ Matsushita, Tatsuru (октябрь 1998 г.). «Выразительная сила декларативных языков программирования» (диссертация на соискание степени доктора философии). Кафедра компьютерных наук, Йоркский университет. Архивировано из оригинала 21.09.2023 . Получено 21.09.2023 .
  15. ^ "SHARP". global.sharp .,
  16. ^ "Общие - Стандартные научные калькуляторы - Калькуляторы - CASIO". support.casio.com .
  17. ^ ab Nelson, Richard J. (апрель 2012 г.). "HP RPN Evolves" (PDF) . HP Solve (27). Hewlett-Packard Development Company, LP : 42–45. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-20 . Получено 2022-10-20 .[1] (4 из 56 страниц)
  18. ^ На рисунке Casio FX-880P показаны клавиши sin, cos и tan во втором ряду справа.
  19. ^ На рисунке Sharp PC-1245 тригонометрические клавиши отсутствуют.
  20. ^ "SIICA.sharpusa.com > Ресурсы > Другие продукты > Калькуляторы". siica.sharpusa.net .
  21. ^ «Отмеченный наградами бухгалтерский калькулятор Judy's TenKey для Windows». www.judysapps.com .
  22. ^ «Десятиключевой сертификат на Learn2Type.com!». Learn2Type.com .
  23. ^ "Нет" . Получено 2023-06-16 .
  24. ^ Естественное отображение учебника - Научный калькулятор.
  25. ^ "Всемирный образовательный сайт CASIO WEW". Всемирный образовательный сайт CASIO WEW .
  26. ^ Natural Visually Perfect Algebraic Mode (VPAM) — Научный калькулятор. Архивировано 27 апреля 2009 г. на Wayback Machine .
  27. ^ WriteView.
  28. ^ Редактор уравнений Sharp Graphing.
  29. ^ "Документ поддержки HP - Центр поддержки HP". h20564.www2.hp.com . Архивировано из оригинала 2016-08-26 . Получено 2016-08-23 .
  30. ^ http://h20331.www2.hp.com/Hpsub/downloads/50gUsing_the_EquationWriter_Part2.pdf. Архивировано 2011-12-18 на Wayback Machine
  31. ^ Семантически-точный набор текста.
  32. ^ Mathcad Архивировано 20 сентября 2008 г. на Wayback Machine .
  33. ^ «Редактор математических уравнений — Возможности Maple — Maplesoft». www.maplesoft.com .
  34. ^ "Продукция TI | Графические калькуляторы | Научные калькуляторы". education.ti.com .
  35. ^ "Texas Instruments выпускает новую ОС для TI-84, 2.55 MP". Tech Powered Math . 2011-01-14 . Получено 2018-05-12 .

Дальнейшее чтение