مپیلهٔ کاربردی برای مهندسان و دانشمندان (کتابخانه علوم کامپیوتر آرتک هاوس)

در سال‌های پایانی سدهٔ بیستم، هنگامی که نرم‌افزارهای ریاضیاتی به تدریج توان محاسبات نمادین را در دسترس همگان قرار می‌دادند، کتاب «مپیلهٔ کاربردی برای مهندسان و دانشمندان» نوشتهٔ کریستوفر اس. توچی و استیون آدامز، پلی بود میان توانمندی‌های نرم‌افزار مپل (MAPLE V، نسخهٔ ۴) و چالش‌های حل‌شدنی دنیای واقعی. این اثر که در سال ۱۹۹۶ به عنوان بخشی از مجموعهٔ کتابخانه علوم کامپیوتر انتشارات آرتک هاوس منتشر شد، با رویکردی کاملاً عملی، به مهندسان و دانشمندان نشان می‌داد که چگونه می‌توانند از این سیستم جبر رایانه‌ای (CAS) برای تحلیل و طراحی در حوزه‌های گوناگون، از نظریهٔ مدارها تا پردازش سیگنال، بهره ببرند. این کتاب را می‌توان راهنمایی برای اندیشیدن به مسائل ریاضیاتیِ کاربردی، درست‌همان‌گونه که یک مهندس باید بیندیشد، توصیف کرد.

دربارهٔ کتاب مپیلهٔ کاربردی برای مهندسان و دانشمندان (کتابخانه علوم کامپیوتر آرتک هاوس)

مطالب کتاب در هشت فصل اصلی تدوین شده است که هر یک به یکی از کاربردهای کلیدی مپل در مهندسی اختصاص دارد. فصل‌های ابتدایی به مبانی و تحلیل فیلترهای فعال و روش‌های برازش منحنی (curve fitting) می‌پردازند و با ارائهٔ مثال‌هایی عینی، نحوهٔ مدلسازی ریاضیاتی را با استفاده از معادلات دیفرانسیل تشریح می‌کنند. نیمهٔ دوم کتاب به مباحث پیشرفته‌تری مانند نظریهٔ کنترل پیوسته و گسسته، پردازش داده‌های گسسته، و تحلیل توپولوژی‌های سوئیچینگ اختصاص یافته است. نویسندگان با ارائهٔ بیش از شصت و پنج شکل و صد معادله، مفاهیم انتزاعی را به زبانی ملموس و قابل‌درک برای مخاطب ترجمه کرده‌اند. نکتهٔ برجستهٔ این کتاب، تأکید آن بر فرایند حل مسئله است، نه صرفاً آموزش دستورات نرم‌افزار. توچی و آدامز با ارائهٔ مثال‌های واقعی و شرح گام‌به‌گام فرایندهای مهندسی، به مخاطب می‌آموزند که چگونه مسئله را در محیط مپل تعریف کرده و از توابع ریاضیاتی برای دستیابی به پاسخ استفاده کنند. فضای کتاب، علمی و دقیق است، اما از پیچیدگی‌های غیرضروری پرهیز می‌کند و به‌گونه‌ای طراحی شده که خواننده بتواند پس از مطالعهٔ هر بخش، دانش کسب‌شده را مستقیماً در پروژه‌های خود به کار گیرد. نرم‌افزار همراه کتاب نیز شامل تمرین‌ها و زیرروال‌هایی است که بستری برای آزمایش و توسعۀ مهارت‌های کاربردی فراهم می‌کند.

دربارهٔ نویسنده

کریستوفر اس. توچی (Christopher S. Tocci)، یکی از نویسندگان این کتاب، در زمان انتشار، مهندس ارشد کاربردهای فنی در شرکت آلن-برادلی بود و مدرک دکتری خود را در رشتهٔ علوم مهندسی از دانشگاه کلارکسون دریافت کرده بود. او دارای چندین ثبت اختراع در حوزهٔ فناوری ادوات الکترواپتیکی و بیش از سی و پنج مقالهٔ علمی در مجلات تخصصی است. استیون آدامز (Steven Adams)، نویسندهٔ دیگر، مدیر بازاریابی فنی شرکت تحقیقات نرمافزاری تی‌سی‌آی (TCI Software Research) بود و مدرک دکتری خود را در رشتهٔ مهندسی برق از کالج کینگز، دانشگاه لندن، اخذ کرده بود. هر دو نویسنده با تجربه‌ای غنی در صنعت، دانشی عملی را به متن کتاب آورده‌اند که فراتر از مباحث صرفاً آکادمیک است.

چرا باید مپیلهٔ کاربردی برای مهندسان و دانشمندان (کتابخانه علوم کامپیوتر آرتک هاوس) را بخوانید؟

• ارائهٔ راهکاری عملی برای تحلیل مسائل مهندسی: این کتاب صرفاً یک راهنمای دستورات نرم‌افزار نیست، بلکه روشی نظام‌مند برای مواجهه با مسائل واقعی در حوزه‌هایی مانند نظریهٔ مدارها، مکانیک و پردازش سیگنال ارائه می‌دهد.
• فراتر از یک آموزش نرم‌افزاری: نویسندگان با نشان دادن نحوهٔ تفکر مهندسی هنگام کار با مپل، به مخاطب کمک می‌کنند تا رویکردی تحلیلی و کارآمد در حل مسائل پیدا کند.
• پوشش طیف گسترده‌ای از مباحث تخصصی: از تحلیل فیلترهای فعال و برازش منحنی گرفته تا نظریهٔ کنترل و توپولوژی‌های سوئیچینگ، کتاب دامنهٔ وسیعی از کاربردهای مپل را پوشش می‌دهد.
• مناسب برای کاربرد فوری در پروژه‌ها: ارائهٔ مثال‌های متعدد، همراه با توضیحات دقیق و نرم‌افزار مکمل، به خواننده امکان می‌دهد تا مفاهیم را در عمل پیاده‌سازی کند.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب مرجع اصلی خود را مهندسان و دانشمندانی تشکیل می‌دهند که به دنبال استفادهٔ مؤثر از نرم‌افزار مپل برای حل مسائل محاسباتی و ریاضیاتی پیچیده در کارهای روزمرهٔ خود هستند. همچنین برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی و پژوهشگرانی که در رشته‌های مهندسی برق، مکانیک، کنترل و علوم کامپیوتر فعالیت می‌کنند و می‌خواهند از توانمندی‌های تحلیل نمادین و عددی مپل در پژوهش‌های خود بهره ببرند، منبعی ارزشمند به‌شمار می‌رود. مطالعهٔ این کتاب برای کسانی که با اصول اولیهٔ مپل آشنا هستند، اما به دنبال کاربردهای پیشرفته‌تر آن در حوزهٔ مهندسی هستند، بسیار مفید خواهد بود.

سوالات متداول

آیا برای استفاده از این کتاب به نسخهٔ خاصی از نرم‌افزار مپل نیاز است؟

مطالب کتاب بر اساس نگارش ۴ از نرمافزار مپل (MAPLE V, Release 4) نوشته شده است. با وجود اینکه نسخه‌های جدیدتری از این نرمافزار منتشر شده، مفاهیم پایه و بسیاری از روش‌های حل مسئله که در کتاب آموزش داده شده‌اند، همچنان معتبر و قابل‌استفاده هستند.

آیا کتاب شامل تمرین‌ها و مثال‌های عملی است؟

بله، یکی از نقاط قوت اصلی کتاب، فراوانی مثال‌های عینی و واقعی از حوزه‌های مختلف مهندسی است. همچنین، نرمافزار همراه کتاب (که برای رایانههای شخصی سازگار با آیبیام عرضه میشد) شامل تمرینها و زیرروالهایی است که به درک بهتر مطالب کمک میکند.

چه تفاوتی بین این کتاب و یک کتاب راهنمای سادهٔ مپل وجود دارد؟

این کتاب فراتر از یک راهنمای دستورات عمل کرده و بر فرایند حل مسئله، مدلسازی ریاضیاتی و نحوهٔ تفکر مهندسی با تکیه بر قابلیت‌های مپل متمرکز است، در حالی که کتاب‌های راهنما معمولاً صرفاً به معرفی توابع و دستورات نرمافزار می‌پردازند.

MAPLE is easy-to-use software that performs numerical and symbolic analysis to solve complex mathematical problems. A reference for engineers, scientists, and application developers, it shows you how to tap the full power of MAPLE in solving real-world engineering problems in circuit theory, control theory, curve fitting, mechanics and digital signal processing. The book includes more than 65 figure, 100 equatiions, and accompanying software that includes exercises, MAPLE features and MAPLE subroutines. Foreword xi......Page 8 Preface xiii......Page 10 1 Introduction 1......Page 15 What is a CAS? 2......Page 16 Maple: a tutorial 5......Page 19 2 Active filter design and analysis 39......Page 52 Case I: analog low-pass filter design and analysis 40......Page 53 Case II: comb filter analysis and design 71......Page 84 Introduction 93......Page 105 Case study: Gaussian peak estimator filter example with regressive curve fitting 95......Page 107 4 Mathematical models: working with differential equations 133......Page 145 ODE tools: a tour 134......Page 146 Series methods 144......Page 156 Modeling dynamic systems 152......Page 164 Linear control system analysis 173......Page 184 Frequency-domain approach 175......Page 186 Time-domain approach 194......Page 205 Conclusion 210......Page 221 6 Discrete control applications 213......Page 223 The pulse transfer function 215......Page 225 State space equations and their canonical forms 242......Page 252 Maple plots 249......Page 259 The plot structure 250......Page 260 Image conversion 252......Page 262 Linear filters 272......Page 282 Conclusion 295......Page 305 8 Switching topologies 301......Page 311 Steady-state method 302......Page 312 Fourier method 330......Page 340 Appendix A 345......Page 355 Appendix B 351......Page 360 Glossary 357......Page 365 About the authors 391......Page 399 Index 393......Page 401

in This Comprehensive, Easy-to-understand Book, Chris Tocci And Steve Adams Show How Real-world Engineering Problems Can Be Solved Using Maple As The Principal Tool. The Authors Go Well Beyond Providing A Tutorial On Maple V, Release 4, As They Show How To Set Up Problems Using Maple And Demonstrate How Engineers And Scientists Should Think About Problems When Using This Popular Software. The Book Features Practical Examples And Detailed Explanations Of The Engineering Processes And Mathematical Functions Used In Each Case. Accompanying Software Includes Exercises And A Demonstration Of Maple Features And Subroutines That Can Be Used To Solve The Reader's Own Engineering Problems.

booknews

using Template Application Case Studies, Explains To Technical Professionals And Students How The Powerful Mathematics Computer Algebra Software System Works And How To Think About Specific Problems From The Computer's Point Of View. The Case Studies Demonstrate The Concrete Application Of Concepts, Syntax, And Approaches, And In Many Cases Can Be Overlaid Nearly Whole On Analogous Problems. Readers Are Assumed To Be Familiar With The Technical Aspects Of Their Own Field, But Not With Computer Algebra. The Accompanying 3.5 Disk Contains Exercises And Demonstrations Of Maple Features And Subroutines. Annotation C. Book News, Inc., Portland, Or (booknews.com)

Foreword xi 8 Preface xiii 10 1 Introduction 1 15 What is a CAS? 2 16 More about Maple 5 19 Maple: a tutorial 5 19 2 Active filter design and analysis 39 52 Case I: analog low-pass filter design and analysis 40 53 Case II: comb filter analysis and design 71 84 3 Curve fitting 93 105 Introduction 93 105 Case study: Gaussian peak estimator filter example with regressive curve fitting 95 107 4 Mathematical models: working with differential equations 133 145 ODE tools: a tour 134 146 Series methods 144 156 Modeling dynamic systems 152 164 5 Continuous control application theory 173 184 Linear control system analysis 173 184 Frequency-domain approach 175 186 Time-domain approach 194 205 Conclusion 210 221 6 Discrete control applications 213 223 The pulse transfer function 215 225 State space equations and their canonical forms 242 252 7 Discrete data processing 249 259 Maple plots 249 259 The plot structure 250 260 Image conversion 252 262 Linear filters 272 282 Conclusion 295 305 8 Switching topologies 301 311 Steady-state method 302 312 Fourier method 330 340 Appendix A 345 355 Appendix B 351 360 Glossary 357 365 About the authors 391 399 Index 393 401 MAPLE is a software that performs numerical and symbolic analysis to solve complex mathematical problems. The book shows how to tap the full power of MAPLE in solving real-world quantitative problems in circuit theory, control theory, curve-fitting, mechanics and digital signal processing.