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Wolfram Mathematica | 一款無論什么專業(yè)都不能錯過的軟件

發(fā)布時間:2020/03/24 瀏覽量:4177
Wolfram Mathematica | 一款無論什么專業(yè)都不能錯過的軟件
1. Mathematica 是什么?
 

Wolfram 公司開發(fā)的 Mathematica 是一款多功能的現(xiàn)代科學計算軟件。它涵蓋各個領域,從 STEM 到藝術,從金融到神經(jīng)網(wǎng)絡,無論你從事什么行業(yè)與專業(yè)都能從中找到適合你的功能。

 

好消息是,由于 Berkeley 與 Wolfram 的合作關系,這款原本兩千多塊的軟件對所有在校生免費!這么好的資源不利用豈不虧?

 
image001.jpg

2. 聽上去很強大,可它具體能做什么?

 

萬能的計算器

 

在伯村一待就是四年,相信所有人都會上至少一門數(shù)學課吧!如果你有檢查答案的習慣,那么你完全可以把 Mathematica (Mma) 作為一個萬能的計算器使用。Mma 的優(yōu)點在于你幾乎可以將數(shù)學題原封不動地輸入進去并進行計算,跟手寫差不多!接下來,讓我們一睹這部神奇的計算器。

 

Mma 輔助鍵盤的一部分(如果一開始不習慣使用快捷鍵):

 
 

Mathematica 的頁面十分簡潔,輸入 ? 輸出:

 

Mathematica 支持純符號運算:

 

以及對非初等函數(shù)的支持!下面一個例子就能說明了:

 

各式各樣的 “懶人專屬” 函數(shù)近在咫尺,快捷方便,比如分式分解及合并:

 

Mathematica 很人性化的一點就是如果計算結果取決于某個未定義的值,那么它會將條件反饋給你。比如,下面這個廣義積分在什么條件下會收斂呢?答:  p > 1 (只考慮實數(shù)).

 

想看答題步驟?沒問題,讓 Wolfram Alpha 一步步教你做!

 

所有表達式都能以 LaTeX 或 MathML 代碼格式復制,輕松地插入文檔中!

注:Wolfram Alpha 是 Wolfram 公司的另一款產品,可直接在 Mathematica 里聯(lián)網(wǎng)調用其 API。

 
 
 
 

除了計算,Mathematica 的解題算法也是學術界的頂尖水平,從微分方程到各種不規(guī)則物體的體積等都會算,同時支持精確解、符號解和數(shù)值解。

 
 
 

比如,我們來解一個二次常微分方程:

 

以及人人皆知的二次方程式:

 

好了,假設我們有個更復雜的問題:x? + y? + z? ≤ 1 和 Mathematica 的三維徽標的體積分別是多少?這可難不倒 Mathematica!

注:所有3D圖形都可以用鼠標拖拉進行360°觀測哦~

 

繪圖就更不用說了。理科的教科書、學術論文里很多圖都是 Mathematica 制作的。在這個軟件里畫圖很輕松,選擇很多,而且還有類似 Illustrator 般的修圖工具,全都是以pdf格式導出。下面由我來給大家做幾個示范。

 

最常用的曲線圖函數(shù)就是Plot了:

這是正弦波函數(shù)的麥克勞林級數(shù)展開的前 5 項對于它的接近:

 

隱函數(shù) (implicit function) 也很方便用曲線圖表示:

 

你甚至親自拖動滑塊操作一個函數(shù)的參數(shù):

 

以及繪出很直觀的平面、立體圖:

 
 
 

繪出壯觀的復平面彩色函數(shù)圖:

注:ComplexFnPlot函數(shù)非系統(tǒng)自帶。

 

最后,讓我用個神奇的小例子給第一部分收個尾吧:

100 以內的質數(shù)都分布在哪里?

 
龐大的數(shù)據(jù)庫
 
 

除了驚人的計算能力,Mathematica 背后的 Wolfram Knowledgebase 也擁有世界最大的信息數(shù)據(jù)庫,包羅萬象,大到宇宙和星系,小到基因組和夸克,抽象到區(qū)塊鏈和語言學,涵蓋天文地理、人文與國土、自然與科學、社會與教育、經(jīng)濟與金融、文藝與影視、甚至還包含一套完整的神奇寶貝的數(shù)據(jù)!

 

化學

 

讓我們先從一張彩色的元素周期表開始吧!

 
 

我們可以很輕松地獲取每個元素的特征和屬性:

 

能夠獲取這樣的數(shù)據(jù)有很多用處。比如,我們可以通過一張中子質子比例分布圖來分析不同元素的原子核結構:

 

Wolfram 知識庫不但擁有所有元素的數(shù)據(jù),還擁有世界上所有常見化學成分的數(shù)據(jù),比如它們的 3D 分子模型:

這些害人不淺的毒品有著相似的分子結構!

 

營養(yǎng)與飲食

 

想不想關注一下自己的飲食?Wolfram 知識庫中權威的飲食與健康數(shù)據(jù)可以為你提供十分準確的營養(yǎng)信息:

你也可以把你喜歡的食物制成一張營養(yǎng)成分表:

物理與工程
 

Wolfram 知識庫在公式方面也十分詳細。它的數(shù)據(jù)涵蓋了科學界所有已知的公式,其中大部分應用在物理和工程領域中,可以在 Mathematica 中調取并使用。

 

調取一個公式的表達式:

 

想直接計算?那就把變量的值直接填進去!

 

你也可以過濾一下并找到想要的公式,并制成表格:

注:將鼠標放到公式上可以看到每個符號的定義。

 

宇宙與外太空

 

你有沒有過在夜晚望向頭頂?shù)男强?,試圖去想象宇宙的浩瀚?這片廣闊的空間里充斥著各種行星、橫行、星系、星云、黑洞等數(shù)以百計的天體。令人難以致信的是,Wolfram 知識庫涵蓋了這一切!整個宇宙觸手可及是怎樣的感受呢?

 

我們可以通過PlanetData了解太陽系內的八大行星:

 

哇,木星竟然有 69 顆衛(wèi)星!它們都有多大呢?我們來生成一張分布圖吧:

 

啊,原來木衛(wèi)三 Ganymede 最大。它是個什么樣的星球呢?

注:DistanceFromEarth 的數(shù)據(jù)是實時更新的。

 

這些信息準確嗎?來,用維基百科驗證一下:

 

這大概就是我日常 “玩” Mathematica 的方式:在探索與發(fā)現(xiàn)的過程中拓寬視野,了解新的領域并學習新的知識。

 

其他類型的數(shù)據(jù)

 

諸如此類的功能不勝枚舉。若是把 Wolfram 知識庫的信息分類都講一遍的話,恐怕要等到下輩子才能講完。最后,我只想通過幾個有趣的小例子來展示一下 Wolfram 知識庫之大,以及 Mathematica 的一些應用。

 

喜歡神奇寶貝嗎?Wolfram 知識庫里有整套神奇寶貝的數(shù)據(jù):

看看這些精靈們的攻防能力是怎樣分布的:

 
 

你對貨幣感興趣嗎?Wolfram 的知識庫里對每種貨幣面值都有以下數(shù)據(jù)(有些只適用于紙幣/硬幣):

 

我們可以了解一下全球發(fā)行的硬幣的尺寸分布:

 

原來,世界上最小的硬幣直徑僅 1 厘米,而最大的硬幣足足有 4 厘米寬!它們究竟是哪個國家的貨幣呢?

分別是 1 緬分硬幣和贊比亞的 10 克瓦查。

 
 
 

如果你喜歡撲克,那你也許會對拿到一手好牌(例如同花順)的概率感興趣。Wolfram Alpha 這個充滿智慧的 API 可以很輕松地滿足這類需求:

 

Wolfram Alpha 幾乎可以回應你的任何問題:

 

怎么樣?和 Siri 有一拼吧?

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