Svobodný software ve vědě

15. 10. 2008 | Karel Hruška | Recenze | 10935×

Článek představuje některé aplikace, které lze v prostředí GNU/Linuxu používat pro vědecký výzkum (přičemž zmiňuje i proprietární programy běžící na Linuxu). Zároveň nabízí konkrétní příklad zpracování výpočtu a prezentace výsledků z oblasti silnoproudé elektrotechniky.

Obsah

• Úvod
• Software použitelný s operačním systémem GNU/Linux
• Otevřený software
  • GNU Octave
  • QCad
  • OpenOffice.org
  • FEMM
  • Další věrní pomocníci
• Uzavřený software
  • Matlab
  • ANSYS
  • Eagle
• Když se táhne za jeden provaz
• Závěr

Úvod

Velká část současného výzkumu firem je vedena ve spolupráci s vysokými školami, přičemž do těchto výzkumných programů jsou, kromě trvalých zaměstnanců škol, zapojováni i studenti doktorského studia. Každý z těchto studentů má samozřejmě vlastní návyky na používání počítače a instalovaný software. V jaké pozici pak je student zasažený Tučňákem? Má šanci se zapojit do výzkumu i přesto, že používá minoritní operační systém?

Podívejme se tedy na aplikace, které lze úspěšně používat ve spojení s Linuxem a jsou dostatečně vyspělé na to, aby mohly být aktivně zapojeny do výzkumných záměrů. V následujícím textu se zaměříme pouze na poměrně úzký obor silnoproudé elektrotechniky a pokud by měl někdo další zkušenosti s používáním otevřeného softwaru v jiném oboru, má možnost se o ně podělit v některém z potenciálních budoucích pokračování tohoto článku.

Software použitelný s operačním systémem GNU/Linux

Pomineme-li poměrně individuální výběr distribuce, zaměřme se nyní na programové vybavení, které je obecně možné pod operačním systémem GNU/Linux spouštět. V akademickém prostředí pak samozřejmě nepůjde pouze o aplikace, které jsou plně otevřené, ale i o aplikace proprietární a velmi draze placené.

Otevřený software

GNU Octave

Licence: GNU GPL
Bezesporu jednou z nejcennějších open-source aplikací pro zpracování číselných dat je GNU Octave (Seriál: Octave (16 dílů)). Jde o vysokoúrovňový programovací jazyk vytvořený pro provádění matematických výpočtů. Nativně interpretuje veškerá čísla jako matice a je tedy ideální právě pro maticové operace. Pro některé výpočty využívá jiné linuxové programy (například fft), grafy pak vykresluje za pomoci programu gnuplot.

Jde o alternativu známého programu Matlab, se kterým má do jisté míry shodnou syntaxi a s určitými úpravami je i mezi oběma programy přenositelný kód vytvořených skriptů. Abychom ale nezapomínali na další aplikace - jako alternativy k programu Matlab jsou dostupné i JMathLib nebo například FreeMat. Každé z těchto alternativ ale bohužel schází pestrá galerie toolboxů, která je pro Matlab dostupná.

QCad

Licence: GNU GPL
QCad je produktem firmy RibbonSoft a jak již název napovídá, jde o CAD program, konkrétně orientovaný na výkresy ve 2D. V minulých letech firma RibbonSoft vždy vydávala s určitým časovým odstupem zdrojové kódy starší verze programu QCad pod GNU/GPL (aktuální verze je vždy placená), zhruba před dvěma lety však tento (přínosný) zvyk ukončila a ačkoliv je v současné době placená verze programu QCad dostupná již ve verzi 2.2.2.0, otevřená verze je přes dva roky stará 2.0.5.0.

I přes tento fakt je QCad určitě jedním z nejkvalitnějších CAD programů pro Linux. Grafické rozhraní je asi nejbližší programu AutoCAD, velmi podobné je i ovládání, které je však více "klikací". Program umožňuje tisk výkresů v přesně daném měřítku, ruční nastavení kót, podporuje vrstvy ve výkresech a až na problémy s českými znaky se programu AutoCAD plně vyrovná. QCad ukládá výkresy do standardního formátu *.dxf.

OpenOffice.org

Licence: GNU LGPL
Linuxovou klasikou je kancelářský balík OpenOffice.org. O tomto produktu není třeba se nijak více šířit, neboť jej jistě každý dobře zná. Právě tento balík je na pomyslném konci výzkumů, neboť právě v něm se tvoří závěrečné výzkumné zprávy. Pokud by ale měla být přeci jen vyzdvižena některá vlastnost tohoto produktu, pak by touto vlastností mělo určitě být psaní vzorců v OpenOffice Writer. V porovnání s konkurenčními placenými produkty je OpenOffice.org Math velmi rychlý a stabilitu programu neohrozí ani několik desítek stran popsaných výpočty.

FEMM

Licence: AFPL
Poněkud výjimečnou pozici mezi výše uvedenými programy má program FEMM. Jako jediný z nich existuje ve verzi pouze pro operační systém Windows, nicméně po doplnění dvou chybějících knihoven (MFC42.DLL a MSVCRT.DLL) jej lze úspěšně provozovat i pod Linuxem za pomoci Wine.

FEMM (Finite Element Method Magnetics) je program specializovaný na řešení problémů z elektrostatiky a elektromagnetizmu za pomoci metody konečných prvků ve 2D. Od verze 4.2 je do programu přidružen i podobný produkt Mirage, určený k řešení tepelných úloh. FEMM představuje kvalitní otevřenou náhradu za placený program QuickField. FEMM, na rozdíl od zkušební (neplacené) verze programu QuickField, není omezen počtem použitých elementů, a tak je možné vytvořený model opatřit libovolně jemnou matematickou sítí.

FEMM umožňuje import geometrie ve formátu *.dxf (tedy například z programu QCad), což je, vzhledem k poměrně neobratnému kreslení ve FEMMu, často jediná možnost umožňující řešení složitějších geometrických uspořádání. K dalším přednostem FEMMu patří podpora otevřeného skriptovacího jazyka Lua (vlastní licence OSS kompatibilní, od verze 5 MIT licence), s jehož pomocí lze automatizovat řadu operací prováděných FEMMem.

Další věrní pomocníci

Kromě uvedených "velkých" koňů samozřejmě existuje spousta dalších aplikací, které v Linuxu ulehčí život. Řadu z nich při běžné práci uživatel ani nezaregistruje, nicméně pokud by měla být jedna z těchto drobných pomocnic vyzdvižena, snad nejvíce by si to zasloužil editor programu Krusader KrViewer, umožnující zvýrazňování syntaxe řady programovacích jazyků, včetně zmíněného Matlabu, Lua a řady dalších. Dalším věrným pomocníkem je slovníkový program StarDict (QStarDict) doplněný o vhodné slovníky ((Nielen) anglicko-české slovníkové databázy pre StarDict).

Uzavřený software

Matlab

Jednou z aplikací, se kterou se setká dříve či později každý student technického oboru, je Matlab. Stejně jako v případě GNU/Octave jde původně o vysokoúrovňový programovací jazyk pro matematické použití, který se však časem vyvinul v plnohodnotný programovací jazyk, ve kterém není problém psát například i programy s grafickým rozhraním. Ať již Matlab pod Linuxem používáme v jeho nativní verzi, nebo spouštíme za pomoci Wine, není problém jej na této platformě provozovat.

Poměrně nepříjemná je však politika firmy MathWorks, která prodává licence pro Matlab zvlášť pro každou platformu a pro provozovatele je tedy nutné mít zvlášť licence pro Linux a pro Windows. Pro koncového uživatele linuxového portu je pak jistě nepříjemnou vlastností nefunkčnost klávesových zkratek Ctrl+c a Ctrl+v v grafickém rozhraní Matlabu (má vlastní zkratky), nicméně namísto integrovaného editoru v Matlabu lze velmi úspěšně používat výše zmíněný KrViewer. Nesporným kladem Matlabu je pestrá paleta (zvlášť placených) toolboxů, včetně hojně používaného Simulinku.

ANSYS

ANSYS je, stejně jako FEMM, programem pro řešení nejrůznějších problémů pomocí metody konečných prvků. Na rozdíl od poměrně jednoduchého FEMMu umožňuje řešení ve 2D i 3D a kromě elektrostatiky, elektromagnetizmu a tepelných výpočtů umožňuje i řešení mechanických úloh a úloh zabývajících se prouděním tekutin. Všechny tyto možnosti spojuje FEMM v jediném grafickém rozhraní postaveném na (poměrně archaické) knihovně Openmotif 2.2.

Snaha ANSYS Inc. o sjednocení řešení všech možných problémů do jediného grafického rozhraní nakonec vedla tomu, že je ovládání programu pomocí menu velmi neobratné a práce s programem velmi náročná. Tento nepříjemný nedostatek ale vyvažují schopnosti ANSYSu, který nabízí velké množství řešičů úloh a nepřeberné množství typů elementů, kterými lze modelovaný objekt popsat. S výhodou lze použít i integrovaný skriptovací jazyk APDL, ve kterém lze psát vlastní skripty pro ANSYS a lze jím ANSYS i přímo ovládat.

Nevýhody dnes již zastaralého rozhraní klasického ANSYSu se snaží ANSYS Inc. napravit v novém produktu ANSYS Workbench, který však stále trpí řadou chyb, kvůli kterým jej stále nelze úspěšně používat. Dodnes mu chybí řada důležitých funkcí, některé úlohy není schopen řešit vůbec (i když řešič je shodný s klasickým ANSYSem) a na Linuxu se chová velmi nevyzpytatelně, přičemž na různých počítačích náhodně běží, nebo ne.

Značným plusem ANSYSu je nepřeberné množství portů, které zákazník dostane při koupi licence (každý port se neplatí zvlášť). Kromě portů pro poměrně běžné platformy jako GNU/Linux, MacOS/X či Windows zákazník při koupi licence dostane i porty pro Solaris, HP/UX, SGI IRIX a IBM AIX. Jako open source náhrada za ANSYS se rýsuje program Salome.

Eagle

Eagle je jednou z notoricky známých aplikací pro návrh tištěných spojů. Pokud se tedy někdo zabývá touto oblastí elektrotechniky, pak vězte, že i v případě tohoto programu existuje jeho linuxový port. Na rozdíl od předchozích programů si lze ze stránek výrobce stáhnout testovací verzi zdarma.

Když se táhne za jeden provaz

Zkusme si nyní představit příklad, ve kterém by bylo možné použít pouze výše uvedený otevřený software. Takovýmto případem může být například studium dějů, které probíhají v asynchronním stroji při otáčení jeho rotoru s tím, že bychom chtěli získat průběh momentu stroje v závislosti na poloze rotoru a ještě bychom výsledky z tohoto výpočtu chtěli zobrazit jako animaci. Pro tyto účely postačí otočit rotorem o úhel mezi dvěma drážkami rotoru a tento úhel rozdělit na rozumný počet diferencí (například 20), aby byla animace plynulá.

Úplně prvním krokem při řešení tohoto problému je tvorba výkresu stroje, který chceme modelovat. Pro tento účel je ze jmenovaných programů ideální QCad, ve kterém je kresba řezu strojem záležitost několika minut. Interoperabilita s programem FEMM, ve kterém bude výpočet probíhat, je zajištěna uložením výkresu do formátu *.dxf.

Samotná definice problému v programu FEMM již vyžaduje poměrně pokročilé znalosti v oblasti elektrických strojů, proto se vyhneme detailům a omezíme se na klíčový krok pro další výpočty, kterým je označení postupně všech prvků náležících rotoru a jejich přiřazení jediné společné skupině, označené například číslem "1". Toto přiřazení nám dále umožní za pomoci skriptu manipulaci s rotorem jako jediným celkem. Pro odečet momentu je druhým klíčovým krokem vytvoření kružnice v půli vzduchové mezery mezi statorem a rotorem. Na ní je pak počítán Maxwellův tenzor a z něj se určuje moment stroje. V tuto chvíli se otevírá možnost uplatnění otevřeného skriptovacího jazyku Lua, pomocí něhož chceme automatizovat následující činnosti:

• načtení vytvořeného modelu
• výběr rotoru (skupiny "1") a jeho pootočení
• uložení upraveného modelu
• spuštění výpočtu
• otevření výsledků v postprocesoru
• označení křivky, podél které se odečítá moment
• odečtení momentu a výpis jeho hodnoty do souboru
• vykreslení rozložení magnetického pole ve stroji a uložení obrázku

Uvažujme například stroj, který má 36 drážek na rotoru. To znamená, že úhel mezi jednotlivými drážkami je 10 úhlových stupňů. Chceme udělat animaci z 20 poloh, tudíž při každém kroku má být rotor pootočen o 0,5 stupně. Skript umožňující uvedené operace bude vypadat následovně:

--- otaceni rotorem pro FEMM
--- skript verze 1.0

open("vzor.FEM") --- otevreni vstupniho souboru

vystup=openfile("moment.txt", "w") --- otevreni vystupniho souboru

mi_seteditmode("group") --- v preprocesoru budou editovany skupiny

dAlfa=0.5 --- uhel pootoceni rotoru mezi jednotlivymi kroky

n=0

--- vypocet vzorovaho modelu
mi_saveas(format("motor_%1$d.FEM",n)) --- ulozeni upraveneho modelu
mi_analyse() --- spusteni analyzy

mi_loadsolution() --- nacteni vysledku

mo_showdensityplot(0,0,1,0,"mag") --- zobrazeni indukce ve stroji
mo_savebitmap(format("motor_%1$d.bmp",n)) --- ulozeni vysledku do bitmapy

mo_seteditmode("contour") --- v postprocesoru budou editovany linie
mo_selectpoint(-100,0.5) --- vyber prvniho z bodu na kruznici (horni cast)
mo_selectpoint(100,0.5) --- vyber druheho z bodu na kruznici (horni cast)
mo_selectpoint(-100,-0.5) --- vyber prvniho z bodu na kruznici (dolni cast)
mo_selectpoint(100,-0.5) --- vyber druheho z bodu na kruznici (dolni cast)
MDC,DM,TV,FV=mo_lineintegral(4) --- vypocet momentu stroje na zaklade integralu po linii

write(vystup, MDC, " ", DM, " ", TV, " ", FV, "\n") --- ulozeni vystupnich hodnot

mo_close() --- uzavreni postprocesoru

for n=1,19 do

mi_selectgroup(1) --- vyber skupiny 1 (rotor)
mi_move_rotate(0,0,dAlfa) --- pootoceni rotoru
mi_saveas(format("motor_%1$d.FEM",n)) --- ulozeni upraveneho modelu

mi_analyse() --- spusteni analyzy
mi_loadsolution() --- nacteni vysledku

mo_showdensityplot(0,0,1,0,"mag") --- zobrazeni indukce ve stroji
mo_savebitmap(format("motor_%1$d.bmp",n)) --- ulozeni vysledku do bitmapy

mo_seteditmode("contour") --- v postprocesoru budou editovany linie
mo_selectpoint(-100,0.5) --- vyber prvniho z bodu na kruznici (horni cast)
mo_selectpoint(100,0.5) --- vyber druheho z bodu na kruznici (horni cast)
mo_selectpoint(-100,-0.5) --- vyber prvniho z bodu na kruznici (dolni cast)
mo_selectpoint(100,-0.5) --- vyber druheho z bodu na kruznici (dolni cast)
MDC,DM,TV,FV =mo_lineintegral(4) --- vypocet momentu stroje na zaklade integralu po linii

write(vystup, MDC, " ", DM, " ", TV, " ", FV, "\n") --- ulozeni vystupnich hodnot

mo_close() --- uzavreni postprocesoru

end

closefile(vystup) --- uzavreni vystupniho souboru 

Výsledkem po běhu takovéhoto skriptu je jeden soubor s výsledky a dvacet souborů s obrázky rozložení magnetického pole ve stroji, každý pro jiný úhel natočení rotoru. Zkusme nyní zjistit, jestli v momentu stroje není nějaká parazitní harmonicky se opakující složka. To lze zjistit za pomoci Fouriérova rozvoje výsledků, který lze realizovat například v GNU/Octave, a jeho výsledky lze v témže programu vizualizovat. Jak bylo uvedeno, programovací jazyk GNU/Octave je blízký programovacímu jazyku Matlab a program zpracovávající získané výsledky může vypadat nějak takto:

% Fourierova analyza vypoctenych vysledku
% version 1.0

M_str=10; % strední hodnota vypocteneho momentu

moment=[ --- zde je vypoctenych 20 hodnot oddelenych carkou --- ]-M_str; % vektor vstupnich dat

uhel=0.5; % uhel mezi kroky animace

rozvoj=2/length(moment)*fft(moment); % fourieruv rozvoj vektoru vysledku

x=1/uhel*[0:round(length(rozvoj)/2)]/round(length(rozvoj)); % vypocet dat pro osu x

plot(x(1:length(moment)/2),abs(rozvoj(1:round(length(rozvoj)/2)))) % vykresleni vysledku do grafu
title ('Fourierova analýza momentu stroje')
xlabel ('1/alpha')
ylabel ('M [N.m]')

% vypis vysledku do konzole
x(1:length(moment)/2) % osa x (uhlova perioda kmitu)
abs(rozvoj(1:round(length(rozvoj)/2))) % velikost kmitu
arg(rozvoj(1:round(length(rozvoj)/2))) % faze kmitu

Po provedení Fouriérovy analýzy momentu si lze snadno vybrat příslušné špičky a určit tedy případné parazitní momenty. Nyní již k oblíbené animaci. Jednoduchému animování obrázků z programu FEMM brání dva fakty - FEMM jednak ukládá obrázky do formátu *.bmp, který nelze animovat, a navíc jsou výstupní obrázky obdélníkové, model v nich ani není zarovnaný doprostřed, a při případné prezentaci prostě nevypadají dobře ;-). Tento problém za nás vyřeší jednoduchý skript využívající právě ony věrné včelky schované kdesi na pozadí v systému. V tomto případě jsou to convert z balíku ImageMagick a utilita pro animaci gif souborů gifsicle. Jejich úkoly jsou následující:

• ořezat výstupní obrázky na čtvercový formát
• převést je do formátu gif
• přesunout je do jiného adresáře
• vytvořit animaci

Skript automatizující tyto operace pak může vypadat následovně:

#!/bin/sh

# cyklus pro orezani obrazku a ulozeni do gifu
for f in *.bmp
do convert $f -extent 761x761 $f.gif
done

# vytvorit adresar pro vytvorene gify
mkdir gifs

# presunout vytvorene gify
mv *.gif ./gifs/

# animace gifu
gifsicle -O --delay=10 --loop ./gifs/*.gif > animace.gif

A výsledná animace motoru vypadá takto:

(13,9 MB)

Závěr

I když výše uvedený výčet otevřeného softwaru použitelného pro výzkumné účely jistě není kompletní a je zaměřen na velmi úzkou oblast silnoproudé elektrotechniky, je zřejmé, že i za pomoci otevřeného softwaru lze výzkum provádět a lze tak snížit náklady na softwarové vybavení. Samozřejmě dodnes existuje řada oblastí, pro které neexistuje open source aplikace. V daných oblastech však existují linuxové porty odpovídajících uzavřených aplikací.

       

Komentáře

[jan]

Z velkych hracu na poli matematickych programu pro linux chybi rozhodne matematika a maple.

[Käyttäjä 11133]

Mathmeatica, ne matematika :D

[jezis]

"Mathmeatica", to vis ze jo...

[Käyttäjä 11133]

Chjo... do budoucna... nesnažit se opravovat cizí chyby takhle uprostřed noci :D

[jan]

Doufam, ze takle blbe opravujete i ty, co rikaji okna misto windows. :D

[CIJOML]

Maple pro Linux existuje. Sam jsem s nim na vejsce delal tehdy nejaka verze tusim 6.1.

[marbu]

Stejne jako Mathematica ma verzi pro Linux. Imho to bylo mysleno tak, ze tyto programy nebyly ve clanku zmineny.

[Lukáš Rýdlo]

Ano, existuje, na PřF MU se s ním dělá v OpenSUSE... Nicméně mě štve, že se tam všude propaguje a učí jen Maple, Mathematica apod. a o tom, že existuje Maxima se nikdo ani nezmíní. Imho s Maple se budoucí učitelé matematiky nemají šanci v českých školách setkat, protože se peníze na ICT vyhodí už za licence Windows. A i kdyby se chtělo plýtvat i licencemi na Maple, tak studenti si to domů za ty prachy nepořídí.

Naproti tomu Maxima je zadarmo a pro studijní účely stačí imho i pro vysokoškoláky, nejen středoškoláky...

[lukas]

Maple, Matlab i Mathematicu muzou studenti na FELu instalovat i na sve pocitace (je k dispozici verze pro windows, linux, solaris a mozna i neco dalsiho). Nevidim duvod, proc by to tak nemohlo byt i na dalsich skolach.

Jinak Maxima je ve srovnani s kymkoliv z teto trojce dost pozadu.

[xm]

Jinak Maxima je ve srovnani s kymkoliv z teto trojce dost pozadu.

To bych tedy rozhodně neřekl, Maxima je plně na úrovni Maple/Mathematica (Matlab bych do toho netahal, ten je určen především na numerické výpočty, nikoliv na symbolickou algebru - Matlab zas plně nahrazuje Octave nebo Scilab).

[Käyttäjä 11133]

To bych tedy rozhodně neřekl,

Viděl si vůbec někdy Maple? Zkus si spustit maple -x a pak třeba zabrousit do dokumentace

[m.]

Matlab už není "jen" pro numerické výpočty, ale jako Symbolic Math Toolbox asimiloval MuPAD, méně známý, ale dost výkoný CAS (protože vývoj MuPADu začal později, než vývoj Mathematica a Maple, má pár věcí vyřešených podstatně lépe).

Maxima těmto třem opravdu jen šlape na paty, ale pro běžnou vyskokoškolskou matematiku určitě stačí.

[Lukáš Rýdlo]

To je sice supr, že si to můžu po dobu svého studia instalovat i doma, ale vylezu ze školy, půjdu učit matiku na nějakou střední a kdo mi zaplatí licenci za Maple? Nadávám na to, že studentům učitelství se nenabízí možnost naučit se pracovat s alternativou -- Maximou, která je imho nadstandardně dostačující pro jejich potřeby a přitom volně šiřitelná. Že to můžu používat legálně po dobu studií je sice super, ale běžné magisterské studium trvá 5 let a co potom?

[Jirka]

studentům učitelství se nenabízí možnost naučit se pracovat s alternativou -- Maximou

Nechápu. On někdo ukrývá dokumentaci a binárky/zdrojáky Maximy před stažením?

[tomas]

Tak potom o to bud pozadate zamestnavatele nebo si ho poridite sam.

[xxxx]

asi bych zminil, ze i dnes stale pouzivaji vedci FORTRAN. pro ty co delaji vypocty, je FORTRAN denni chleba, casto sice kupuji komercni vykonnejsi kompilery nez je gnu/f77, ale moznost pouziti svobodneho software tu je. velice oblibeny je linux pro vytvareni clusteru pro numericke simulace, casto spolu s paralelizacni knihovnou MPI, ktera ma otevreny zdrojovy kod.

[Jirka]

Tak, fortran je pro mnoho simulantu (clovek, co simuluje) nepostradatelny.

[xm]

"A computer without COBOL and FORTRAN is like a piece of chocolate cake without ketchup or mustard."

"The sooner the world forgets that FORTRAN ever existed, the better."

[Käyttäjä 11133]

Který chytrák vypouští z úst takové žvásty?

[xm]

Ten první nevím od koho je (nicméně je známý a velmi trefný ). Ten druhý je od Weizenbauma.

Doplnil bych to ještě jedním pěkným:

"You can tell how far we have to go, when FORTRAN is the language of supercomputers."

[insider]

to ze necemu nerozumis jeste neznamena ze je to k nicemu...

[xm]

Nikde jsem nepsal že je to k ničemu Ale s tím citátem, že by bylo nejlépe kdyby svět zapomněl že FORTRAN vůbec kdy existoval, vcelku souhlasím Ale pravda, jsou tu ještě mnohem horší jazyky, třeba takový (skoro se to bojím vyslovit) COBOL, ten ale naštěstí už prakticky vymřel.

[Jachym Cepicky]

Název je opravdu poněkud zavádějící. Spíše než "Svobodný software ve vědě" se to mělo jmenovat "Svobodný software v elektrotechnice". Vědy jsou přece i humanitní a přírodní, nemluvě o medicíně. Těšil jsem se, co si počtu, a ono nic nového. Tím nechci snižovat obsah článku jako takový.

[Robert Krátký]

Vědy jsou přece i humanitní a přírodní, nemluvě o medicíně.

Berme to jako začátek série článků o využití FLOSS v různých vědních oborech, která se z toho doufejme rozvine,

[peto]

science - věda (přírodní)
science - přírodní vědy
humanities - humanitní vědy
humanities - humanitní obory
technology - technologie (výrobní)
technology - technika (výrobní)
technology - terminologie (odborná)
zdroj:slovnik.cz

inak povedane v anglictine nie su humanitne odbory povazovane za vedy V clanku su myslene vedy v anglickom vyzname slova

a napr. matlab rozhodne nie je uplne technicky SW

MATLAB a priklady netechnickych toolboxov
Bioinformatics Toolbox
Extended Symbolic Math Toolbox
Partial Differential Equation Toolbox
SimBiology
Symbolic Math Toolbox

[Balvan42]

Inak povedane, je blbost se opirat o slovnik.cz, ktery je idiot.

V anglictine se bezne pouziva spojeni Social Sciences, mezi ktere patri napr. ekonomie, sociologie, psychologie - vedy, ktere bezne pouzivaji slozite statisticke metody. Napr. na FFUK na katedre sociologie byl tusim minuly rok seminar - Vicerozmerne metody v R-project. Bylo zcela narvano. Doufam, ze seminar budou opakovat :)

SW, ktery bezne pouzivam v praci se jmenuje SPSS - Statistical Package for Social Sciences, R-project se jevi jako lehce brutalni nahrada za SPSS, nicmene v korporatni sfere je az moc geeky :)

[dolik.rce]

V jaké pozici pak je student zasažený Tučňákem? Má šanci se zapojit do výzkumu i přesto, že používá minoritní operační systém?

No u nas na skole (MFF UK) rozhodne, rekl bych ze Tucnakem je tu zasazeno alespon 50% zamestnancu, takze student lehko zapadne

[Christof]

Drobná oprava - OpenOffice.org má licenci LGPL

[pnemec]

Z programu typu maple a matlab mi tu z OSS sveta rozhodne chyby scilab http://www.scilab.org/

[cedrik]

Když už byl zmíněn ingeneerský program Eagle (podle mě ho nelze ho nazvat vědeckým) tak by možná stálo se i zmínit o GLP prográmku pro návrch plošných spojů Kicad.

[medulin]

A také Oregano, TkGate a další zde.

[Zdeněk Štěpánek]

Me by diocela zajimalo jak to vypada na UJEP, prirodovedecka fakulta. Podarilo se vyjednat detasovane pracoviste u nas ve skole, nacez prej chtej matlab a bude se ucit fortran. Kdyz si predstavim kolik by to mohlo stat ve wokenni variante a kolik by se dalo usetrit na linuxu, jima me hruza.

Zdenek

[zdenek]

Na KFYZ máme dvě počítačové učebny, jedna je linuxová, druhá WIN. Výhledově bude vše linux, win potom na virt. stroji.

Jako kompiler fortranu můžete jak vám řekl kolega D.S. použít gcc nebo free kompiler od intelu.

Co se týče matlabu, tak s octave není žádnej problém, můžete ho používat a učit. Jinak školní licence na matlab nejsou až tak strašně drahý, podobně jako u jinejch komerčních softů.

[Libor Senský]

Jak je to na UJEP netusim, ale proc hruza ....nemusi to preci stat moc (vlastne nic). I pod woknama mas treba gfortran, g95, FTN95, ... a dalsi. Nebo cygwin ci virtulal ....reseni je mnoho. Na odladeni programu to plne postacuje. Pak to stejne poustis urcite jinde (na vlastnim PC asi nikdo pocitat nebude - nebo jo?)...asi moc ne. Ve fortranu asi bude delat student ci nejakej pedagog - tedy oba budou mit pristup na lin masinu a tam urcite bude neco free-"profi" - treba od intelu.

[cervp]

Jen bych upozornil i na chemicke softwary, modelovani molekul a vypocetni chemii. Bezne pouzivam program Chemsketch a ISISDraw pres wine (neni to sice nativne pro lin, ale bezi OK). To jsou asi nejlepsi volne dostupne sw pro chemii. Ohledne komercnich sw, tak asi nejmasivnejsi jsou programy Chemoffice a Hyperchem. Oba existuji i pro Unix.
Co se tyce vedeckych programu, tak veda a armada vzdy byla na spici a vetsina sw podobneho razeni (modelovani, vypocty atd.) se pouzivaji jiz od 70. let minuleho stoleti. Takze jen pro informaci. Vedecke programy bezeli na Unixu uz v dobe, kdy Bill jeste tahal kacera.

[Pavel Karban]

Rád bych upřesnil informaci o klávesových zkratkách v Matlabu. Defaultně jsou nastaveny zkratky z Emacsu, ale lze je přenastavit na zkratky obvyklých ve Windows (File -> Preferences -> Keyboard).
Pro ty, co mají rádi integrovaná prostředí, bych doporučil projekt QtOctave. Jde o poměrně mladý rozvíjející se projekt postavený nad Octave.

[mirec]

Celkom zaujímavý software je ešte scilab. Mimochodom krviewer nepoužíva náhodou na editáciu katepart?

[vencas]

Ano, k tomu ipython, to je taky super věc, a konečně matplotlib - je i trochu kompatibilní s matlabem.

[Tomas]

Další pěkný program je Maxima (původní název Macsyma) pro symbolickou matematiku. Obstojná náhrada programu Maple a podobných.

Program scilab je z free softwaru asi nejblíže schopnostem Matlabu.

Ještě k programu Matlabu a jeho výjmečnosti. Operaci s maticemi zvládají mnohé interpretované jazyky (Python: NumPy,Ruby:NArray, Lisp"Lush). Samotné jádro Matlabu tedy příliš vyjmečné. Ale v toolboxech k Matlabu je obrovské know-how z (numerické a vyšší) matematiky spojeném s pokročilými znalostmi z dalších vědních oborů (teorie řízení,signal processing,...). Toto spojení je hlavní hodnotou Matlabu. Zde snad jedině zmíněný scilab může Matlabu konkurovat.

[mha]

Taky bych zminil R (http://www.r-project.org/) jako alternativu scilabu urcenou primarne pro statisticke vypocty,ale dostupny jsou baliky pro sirokou radu oboru. Pro zpracovani a analyzu prostorovych dat je tu taky GRASS (http://grass.itc.it/). Osobne si vystacim se svobodnym softwarem pro jakekoliv vypocty, ale jiste zalezi na aplikaci.

[Věroš]

Přesně tak, pro vizualizaci dat neznám nic lepšího než R. Jen podotýkám, že jsem zatím nenašel program s úchylnějším názvem.

[Käyttäjä 11133]

Jen podotýkám, že jsem zatím nenašel program s úchylnějším názvem.

S? :D

[xm]

C?

[pc2005]

[ ?

[Lada]

Tak, hledat napovedu googlem je za trest, a ze je potreba casto. Ale myslim ze na vizualizaci budou lepsi Gnuplot, Matlab, Paraview... R spis na tu statistiku, ale je to hruza s tim pracovat.

[Helios]

K analýze prostorových data a Grassu bych zmínil též SAGA gis, což je hybridní gis zaměřený na rastrová data: http://www.saga-gis.org/en/index.html - umí různé typy geostat. metod, interpolace a aproximace, práce s Esri shapefile - běhá na WxWidgets a narozdíl od grassu je velmi intuitivní a klikací, pracuje se též na české lokalizaci.

[PJ]

Poměrně nepříjemná je však politika firmy MathWorks, která prodává licence pro Matlab zvlášť pro každou platformu a pro provozovatele je tedy nutné mít zvlášť licence pro Linux a pro Windows.

Tady je potreba zduraznit, ze pokud se zakoupi sitova licence (tj. spousteni instanci je kontrolovano licencnim serverem), tak jsou k dispozici instalacky pro Win/Linux/Mac. A navic to vychazi podstatne levneji nez licence individualni (a cim vic instanci koupite, tim jsou levnejsi). Jo, a Ctrl+V/Ctrl+C mi funguje, pokud tedy myslite Command Window. S editorem jsem jeste nepracoval, prvni vec, co vzdy po instalaci udelam, je pridani Vim jako defaultniho editoru (i ve Win, i v Linuxu). Podporuje syntaxi a je s nim prijemna prace ;)

A jeste jedna pripominka ... vystup pro vedecke clanky je zhusta zpracovavan v (La/AMS/...)TeXu. Neodvazuji se odhadnout, jestli ma "napric vednimi obory" prevahu TeX ci Office, ale v mem okoli (a odvetvi) vladne TeX.

[Jirka]

Souhlas s licencemi, take jsem mel k dispozici instalacky pro sirokou paletu platforem.

A ten TeX, to je opravdu snad nejpouzivanejsi vedecky svobodny software. Ale casto ne pod Linuxem, ale ve Windows. A nekteri vedci ho uprimne nenavidi, nebot udelat v nem neco slozitejsiho, aniz by clovek znal vnitrnosti, je casto dost komplikovane, ne-li nemozne. Byl vyvinut a je rozvijen (ruzne nadstavby) pro matematiky a podle toho taky vypada. Treba fyzik, kdyz chce zapisovat pismenka podle konvenci pouzivanych ve fyzice, tak zjisti, ze spoustu veci, ktere treba Word (ano, pouziva se) zvlada z uzivatelskeho pohledu hrave, je v TeXu problem. Ale jak rikam, jinak je to siroce pouzivany soft, vedecke konference uz obvykle ani neprijimaji prispevky psane jinak nez v TeXu (nebo si za prevod nechavaji zaplatit).

[Platonix]

Já netuším, o jaké konvence se teda jedná, ale zatím mi vždycky stačil styl RevTex, který zařídí velice přijatelné formátování obsahu dokumentu.

[Jirka]

"Velice prijatelne" je Ti k nicemu, kdyz mas presne predepsano, jak to musi vypadat (klasika pri posilani prispevku do sborniku).

[Luinar]

Ve fyzice shodou okolností také trochu dělám, tak by mne celkem zajímalo, jakou konvenci myslíte? Naopak si myslím, že pro mne je LaTeX spásou neboť bych se ve wordu se sázením vzorců uklikal k smrti.

[robertK]

taky by me zajimalo, co je pro fyzyky takovy problem.

[Jirka]

Klasikou jsou kombinace tucne/kurziva u reckych pismenek. Prace s obrazky je taky nekdy hodne opruzujici.

[Luinar]

Na bold napriklad, jinak pak obecne reseni. A ty obe zminovana reseni mi slozitejsi nez standartni pouzivani neprijdou. Proste clovek prida navic balik a a pouziva trochu jine prikazy. Navic nevim, ale pouzivat tucne i pro recka pismena mi neprijde moc prakticke (nedej boze kurziva ktera u reckych opravdu jde poznat mizerne). Chapu, ze je to vyjimecne nevyhnutelne, ale v tom pripade uz ma stejne clovek typicky problem se znacnim cehokoliv, nebot mu dochazi pismenka i styly, takze je to jedno. Jinak kdyz se kouknete napriklad do Phys Revu tak kazdy to tam znaci jinak. Proste mytus o jednotnem znaceni velicin davno neplati. Vyjimkou jsou snad zakladni veliciny pouzivane alespon 100 let a i tam najdete vyjimky. Ohledne obrazku - ano tam je obcas problem.

[pc2005]

Jo, a Ctrl+V/Ctrl+C mi funguje, pokud tedy myslite Command Window.

Ono se to totiž dá nastavit.

[Jirka]

Mel jsem tu cest nekolik let pracovat jako vedec (zpracovani signalu) s nativnim linuxim Matlabem. A byl to opruz. Widli verze chodila mnohem lepe, graficky front-end se nedal pouzivat vubec (coz mi zas tak moc nevadilo, ale jinym by to podle jejich slov vadilo hodne - jsem kamarad s konzoli).

Octave bohuzel v naproste vetsine pripadu neni pouzitelna alternativa. Chybi pro ni baliky pro specialni aplikace, pripadne jsou tyto baliky v porovnani s Matlabem chude (ve vede si dneska se zakladni vybavou malokdy vystacite). To, co s Matlabem koupite za par euro, v Octave proste nemate (porad se vyplati zaplatit nez nemit). Je to nekonecny cyklus. Pro Octave se nevyviji, protoze vsichni makaji v Matlabu, a vsichni makaji v Matlabu, protoze pro Octave se nic nevyviji (nebo vyviji prilis pomalu).

Algoritmy v podobnych programech jsou velmi promakane, nikdo je nechce hodit do placu "tak si je, komunito, uzij". Neni to produkt pro masy, na kterem by slo vydelavat pomoci poskytovanych sluzeb, za ktere se mnohdy plati spise neprimo (servis, reklama, pripadne koupe jineho produktu apod...).

[Platonix]

Všechny výpočty v oblasti kvantové optiky, které jsem zatím dělal, jsem prováděl v Octave a neměl jsem žádný problém.

[janosh]

mozna proto u nas na FITu se casto pousti linuxi matlab bes gui (matlab -nojvm)

[Pavel Karban]

Starsi verze vypadaly na linuxu spatne, ale od minuleho roku je linuxova verze a verze pro windows k nerozeznani. To se bohuzel netyka Simulinku.

[KOLiK]

Já jsem pro změnu migroval z Matlabu na kombinaci (i)Python + SciPy + Matplotlib a pro zpracování dat (lineární algebra, řešení nelineárních rovnic, interaktivní přístup) se toto řešení Matlabu plně vyrovná.

[janosh]

Kdy se rozhlednu kolem na lidi se skupiny Speech@FIT (zpracovani reci na FIT VUT Brno) tak ta jede takrka vyhradne na Linuxu (CentOS 5). Co se tyce pouzivanych programu: (g)vim, emacs, LaTeX, Matlab, mc, bash, awk, perl, gcc, svn, firefox, SGE.

[robertK]

Sage is a free open-source mathematics software system licensed under the GPL. It combines the power of many existing open-source packages into a common Python-based interface.

Mission: Creating a viable free open source alternative to Magma, Maple, Mathematica and Matlab.

[Zdeněk Hurák]

Velmi oceňuji snahu podat přehled softwarových balíků orientovaných na vědecké-technickou práci. Je mi jasné, že napsání takového článku stálo úsilí a čas. Přesto a nebo právě proto si jej dovolím trošku zkritizovat, to však pouze s motivací přispět k jeho zlepšení (v další iteraci, dalším dílu). Troufám si totiž odhadnout, že Matlab zná každý, kdo má co do činění s vědecko-technickými výpočty a simulacemi, a napsat do Google "Matlab Linux" dokáže lehce. Zda Matlab běží nebo ne pod Linuxem tak zjistí lehce. Podobně, o projektu Octave se nelze nedozvědět během řekněme pěti sekund při hledání třebas "Matlab free alternative". Moc více v této oblasti článek nenabízí, pokud ovšem nebudeme trvat na tom, že informace o existenci kancelářského balíku OpenOffice či souborového manažeru Krusader je skutečně relevantní pro výzkumnou práci. Podobně mám pocit, že zmíněním aplikace QCAD pro technické kreslení je záběr článku již tak velmi široký, až je výsledek pro svou mělkost nepříliš nepříliš užitečný.

Jak už někteří v diskuzi připomněli, coby další alternativy k Matlabu lze najít Scilab, ale nepříliš známý je zatím i Freemat. Omlouvám se, ale odkazu pro své pohodlí uvádět nebudu, najdete lehce Googlem. Za zmínku ale skutečně stojí i Pythonovský balík Scipy se souvisejícím balíkem Numpy, které společně s balíkem Matplotlib tvoří velmi zajímavou alternativu pro vědecko-technické výpočty a vizualizace dat, zejména pokud se chcete naučit pouze jeden jediný programovací jazyk a ten používat na všechny úkoly, počínajíc vytahováním dat z databáze, přes maticové algoritmy až po 3D grafy a tvorbu reportů. Známou alternativou pro vizualizace je Gnuplot. O něco méně známymi v Linuxové komunitě jsou OpenDX, ale především špičkové VTK, MayiaVi2 a Paraview.

Když už jsme u toho nahrazování Matlabu. Troufám si odhadnout, že pro většinu výpočetních úloh, pokud nepotřebujete specializovaný toolbox, který je k dispozici pouze pro Matlab a komerčně, se dnes lze již bez Matlabu obejít a spolehnout se na některý z výše uvedených projektů. Vždyť i samotný Matlab stojí (nebo aspoď donedávna stál) na opensource balíku FFTW pro FFT či knihovnách Lapack a Atlas pro lineární algebru a operace s maticemi a vektory. Něktěré optimalizační úlohy, například z oblasti semidefinitního programování, která prochází bouřlivým vývojem právě v těchto letech, dokonce nelze najít jiné použitelné nástroje, než opensource projekty Sedumi, SDPT3, CVXOPT a další. A dokonce i ta často kritizovaná slabá stránka opensource akademických projektů - dokumentace - se již u mnoha projektů velmi zlepšuje. Kde však shledávám Matlab zatím nenahraditelným, je oblast simulace (tedy Simulink), a zejména spojení simulace s externím reálným světem, tedy všechna ta rozhraní na převodníkové karty. V angličtině tomu říkají rapid prototyping či hardware in the loop (každé je něco trošku jiného, ale to je teď jedno). Tady zatím nevidím pro Simulink žádného vyzyvatele. Snaží se docela francouzskou vládou dotované konsorcium okolo Scilabu se svým klonem Simulinku nazvaným Scicos, který toto prý umí, tuším, že používají RTAI rozšíření linuxu pro reáílný čas a knihovnu driverů pro převodníkové karty nazvanou Comet, ale nevím, mně osobně Scilab vůbec nesednul, to rozhraní mi přijde jako pocházející z doby před patnácti lety, či co. Ale to není to hlavní, můj zaujatý osobní pohled proti Scilabu v součastnosti je, že podporování francouzskými daňovými poplatníky prostě napodobují, co udělá Mathworks, s veškerými klady i zápory. Inovace žádná. Z toho pohledu je mi trojprojekt Scipy+Numpy+Matplotlib mnohem více sympatický. Ti jsou skutečně svým vlastním novým směrem. Bohužel s výjimkou Scicosu skutečně žádná náhrada pro modelování ala Simulink neexistuje.

Z hlediska modelování dynamických systémů (nevím, jak moc je to relevantní informace, ale holt to tu už napíšu, třebas to někomu pomůže), existuje ještě trošku jiný přístup než ten "signálový". A sice přístup objektový. A tento přístup je představován jazykem Modelica, jehož opensource implementace je k dispozici pod názvem OpenModelica. Komerční implementace jazyka Modelica je k dispozici v grafickém balení v produktu Dymola firmy Dynasim, avšak pouze pro Windows. Jak moc daleko je již mladý projekt OpenModelica, to nedokážu říct, mrkněte sami. Samotný koncept je velmi propracovaný a na implementaci OpenModelicy se podílejí samotní autoři celého konceptu.

Když už je ve článku uvedena aplikace pro řešení úlohy konečných prvků, nedá zase až tak moc práce najít balíky OpenFEM, FreeFEM++, Elmer, GetFEM++ či GetDP. Pro generování sítí pak Gmsh, NETGEN, Triangle, NetGen. Pro proudění OpenFoam či Gerris flow solver. Obávám se, že žádný z těchto nemůže výpočetně konkurovat komerčním balíkům typu Ansys či Fluent, ale zkuste sami.

Asi jsem se docela rozepsal, když tak to smažte, jestli se ten formát pro diskuzi není vhodný, mou jedinou motivací bylo trošku článek "doplnit", ukázat, že těch aplikací je skutečně mnoho. A to jsem uvedl pouze pár z projektů, které se mi přijdou aspoň pro akademické úlohy použitelné. Přiznávám však, že zdaleka ne všechny jsem testoval. Pokud však i jen takový prostý a lehce komentovaný výčet může být zajímavý, odkážu další zájemce na stránku http://control.ieee.cz/?q=software, kam jsem umístil další hromadu odkazů na zajímavý software této kategorie, s určitou snahou o jeho kategorizaci. Původní moje snaha byla si pro svou potřebu a potřebu kolegů zmapovat sw v mé oblasti návrhu řídicích systémů, ale protože jde o obor naprosto multidisciplinární, nakonec tam skončilo snad úplně všechno, takže snad takový seznam může být zajímavý pro kohokoliv i z jiného oboru.

[JS]

Sice nic z toho nepotrebuji, ale je to zajimavy seznam. Zejmena ta OpenModelica me prijemne prekvapila. Na druhou stranu, je skoda, ze mnoho tech otevrenych balicku je postavenych nad komercnim Matlabem.

Jenom bych mozna jeste doplnil, v te kategorii symbolickych vypoctu chybi program Sage, ktery obaluje Maximu a nektere dalsi programy a umoznuje je pouzivat z Pythonu. Ale nezkousel jsem ho, akorat jsem o nem slysel.

[Jirka]

Dymola existuje i ve verzi pro Linux.

[Zdeněk Hurák]

Tak to je super. To jsem přehlédl. Asi proto, že coby demo oni nabízejí pouze tu verzi pro Windows (nebo jsem se i při tom přehlédl?).

Přístup k modelování dynamických systémů, který je realizován v jazyce Modelica, má skutečně velký potenciál, zejména pro složitější/větší systémy, kde se s tím signálovým přístupem ala Simulink člověk lehce ztratí. No, však taky už TMW zareagovali, a vydali i pro Simulink nové knihovny, které toto napodobují (Simmechanics a podobné).

Takže jak vidno, je i pro Linux nabídka v tomto přístupu k modelování stejná jako pro Windows: Modelica: Dymola, OpenModelica. Případně Simmechanics pro Matlab/Simulink.

[l4m4]

> Pokud by ale měla být přeci jen vyzdvižena některá vlastnost tohoto produktu, pak by touto vlastností mělo určitě být psaní vzorců v OpenOffice Writer.

Tohle snad nemyslíte vážně. Tvorba rovnic v OOo je ve srovnání s TeXem utrpení.

A zmínka, že několik desítek stran popsaných vzorci neohorozí stabilitu programu, jen ukazuje svou absurditou, jak se podařilo producentům kancelářského software snížit laťku toho, co je považováno za funkční program, dva kilometry po zem. Probuďte se.

[pc2005]

To bylo asi bráno relativně oproti MS Officům...

[pc2005]

není třeba se nijak více rozšiřovat,

[fyzik]

Velice dobrý program na zpracování NMR spekter je MestReNova od Mestrec-u, je to multiplatformní SW jak pro Win, tak pro linux, jsou dostupné balíky pro všechny hlavní distribuce. Je to komerční, ale lze stáhnout verzi s demo licenci a ta taky něco umí.

Jiným programem je Vnmr, ale ten běží pouze pod Solarisem, firma Varian vytábějící špičková NMR vsadila právě na SUN a Solaris a své stroje provozuje pod timto systémem. Vnmr je taky komerční

Programem na zpracování a simulaci EPR spektra je Xepr, myslím že je z produkce firmy Bruker (obrovský konkurent Varianu), Xepr je opensource projekt, lze stáhnout i zdrojáky, ale dosud se mi nepodařilo ukojit nekonečné knižniční závislosti nutné ke kompilaci. Běží pod linuxem.

K vizualizaci dat slouží QTIPlot, komerční, ale opensource. Jak název napovídá, rozumí si zejména s KDE a QT knižnicemi.

Na simulaci a kvantové výpočty používáme na našem klastru Gaussian, má i grafické rozhraní, běží pod linuxem.

[tucnaci]

http://wood.mendelu.cz/cz/sections/SC/

[robotics]

Když už tam máte QCad, ještě bych ten článek doplnil o program EMC (Simulátor obráběcího stroje - CNC) .

[..... Izak .....]

Jeste znam SW gamess, na mol. vypocty

[David]

Ten gif s motorem je fakt peknej ;)