Po čítač v přírodních vědách

1. Počítač v přírodních vědách Přehled vybraných aplikací

2. Oblasti aplikací • Vyhledávání informací a tvorba odborných textů • Analýza a prezentace dat • Výpočty a modelování • Obrazové informace • Řízení experimentu a sběr dat

3. Vyhledávání informací a tvorba odborných textů • Vyhledávání informací z oboru na Internetu • Příklady informačních databází • Tvorba odborných textů na počítači • Přehled softwarových nástrojů

4. Analýza a prezentace dat • Formát vstupních dat – tabulky • Práce ve worksheetu – zpracování dat • Prezentace dat pomocí grafu • Dvourozměrné grafy • 3D grafy • Přehled dostupných softwarových nástrojů pro zpracování a analýzu dat

5. Výpočty a modelování • Modelování v přírodních vědách • Typy modelů • Příklady modelování v jednotlivých oborech • Softwarové nástroje pro modelování a výpočty • Práce s vyššími programovacími jazyky • Princip tvorby programu • Přehled jazyků a oblastí jejich použití

6. Obrazové informace • Formáty obrazových dat • Počítačová grafika - rastrová, digitální fotografie • Počítačová grafika - vektorová, animace. • Zpracování - videa, kodeky • Nosiče obrazových dat

7. Řízení experimentu a sběr dat • Počítačem podporované měření • Princip řízení experimentu • Sběr experimentálních dat • Příklady měřicí systémů • Principy senzorů a jejich kalibrace kalibrování čidelPřehled průmyslové systémů pro měření - řízený experiment

8. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Vyhledávací služba • Specializovaná služba na Internetu, ke které se lze připojit prostým zadáním příslušné adresy prohlížeči. • Služba převádí miliony hypertextových stránek do uspořádané, lehce ovladatelné a především prohledávatelné struktury. • Klade si za cíl odpovídat uživatelům na jejich dotazy, co kde hledat. • Po zadání libovolného vyhledávacího klíče obstarají v krátkém čase seznam URL stránek, které tento klíč obsahují. Přístup k databázím zajišťují vyhledávací servery. • Po přihlášení k serveru pomocí prohlížeče stačí vyplnit jednoduchý formulář a spustit vyhledávání. Po jeho dokončení obdržíme stránku s popisy a adresami všech míst, která odpovídají zadaným kritériím.

9. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Rozdělení vyhledávacích služeb • Adresáře (Directories)- Portály Hypertextové seznamy WWW míst, hierarchicky uspořádané do tématických kategorií a podkategorií (většinou je tvoří lidé). Prohledávání těchto seznamů vás dovede k odkazům na místa s hledaným tématem. • Indexy (Search engines) – Vyhledávače Počítači generované databáze obsahující strukturované informace o milionech WWW stránek.

10. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Viditelný web Veřejně přístupné a indexovatelné webových dokumentů na Internetu. Internet umožňuje přístup k obrovskému množství dalších informací, pro něž se v literatuře i na webu vžil termín „neviditelný web“ (angl. invisible web), někdy také „hluboký (skrytý) web“ (angl. deep web).

11. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Neviditelný web • Informace, jež jsou uloženy v databázích a generují se dynamicky až na základě interakce uživatele se systémem (např. online katalogy knihoven nebo bibliografické báze dat dostupné prostřednictvím speciálního rozhraní). • Přístup k informacím může být chráněn heslem a jsou dostupné jen autorizovaným uživatelům, často pouze na komerční bázi (viz např.Science Direct, tj. jejich plné texty ve formátu PDF).

12. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Přístup k neviditelnému webu • Běžné vyhledávací nástroje (vyhledávací stroje, angl. search engines) nemohou podobný typ informací ve svých databázích registrovat, buď pro technická omezení, nebo proto, že je jejich robotům (programům, které získávají informace z webových serverů) vstup do těchto zdrojů zakázán. • Vyhledávací služby vám sice poskytnou informaci o existenci podobného informačního zdroje, ale nevyhledají vám informace, které jsou v něm obsaženy.

13. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Standardní vyhledávací služby – cizí • Google www.google.com • Altavista www.altavista.com • Lycos www.lycos.com • Yahoo www.yahoo.com • LookSmart http://www.looksmart.com • Search.com http://www.search.com

14. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Prohledávání databází • Complete Planet - aip.completeplanet.com • Direct serch - www.freepint.com/gary/direct.htm

15. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Fyzika PhysicsWebwww.physicsweb.org MetaPhys • www.physik.uni-oldenburg.de/MetaPhys/ PhysNet - www.fzu.cz/PhysNet/

16. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Chemie ChemWeb - www.chemweb.com Chemdex - www.chemdex.org ChemGuide - www.fiz-chemie.de ChemIdustry - chemindustry.com ChemSoc - www.chemsoc.org

17. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Matematika • European Mathematical Information Service - www.math.muni.cz/EMIS/ • Catalog of Mathematics Resources http://mthwww.uwc.edu/wwwmahes/files/math01.htm

18. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Biologie Molecular Biology Databases orion.sci.muni.cz/kgmb/bioinformat/databeses_c.htm

19. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Geografie, geologie National Geographic - www.nationalgeographic.com GeologyNet - www.geologynet.com

20. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Zdravotnictví MedScape - www.medscape.com PubMed – www.pubmedgov.com

21. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Zdravotnictví – české zdroje MedNet - www.medicina.cz MediClub - www.mediclub.cz Databáze léčiv - www.aislp.cz Doktor on Line - www.doktoronline.cz Ordinace – www.ordinace.cz Anamneza – www.anamneza.cz

22. 1. Vyhledávání informací z oboru na Internetu Vyhledávání v databázích vědeckých publikací – především periodika • ISI Web of Knowledge (+ Web of Science) - www.isiknowledge.com • Science Direct - www.sciencedirect.com • Scirus - www.scirus.com

23. 2. Tvorba odborných textů Základní typy odborných publikací: Monografie ucelené dílo širšího rozsahu věnované jedné oblasti výzkumu v daném oboru Periodikum pravidelně (několikrát za rok) vycházející publikace (odborný časopis) sestávající z jednotlivých příspěvků (článků) jednotlivých autorů. Samozřejmě existuje řada dalších forem odborných publikací (ročenky, sborníky konferencí, studie aj.). Výše uvedené jsou nejvýznamnější.

24. 2. Tvorba odborných textů Recenze – oponentury • Jednou ze zásad při publikování vědeckých výsledků je oponentura (oponenti – lidé pracující v daném oboru prací zhodnotí, případně vyjádří své připomínky, vše na základě vědeckých metod v příslušném oboru). • V případě publikace ve formě monografie či článku v časopise hraje roli oponenta recenzent, který navrhne úpravy publikace a doporučí nebo nedoporučí dílo k publikaci. Tento postup je určitou zárukou, že publikované výsledky nejsou v rozporu s vědeckou metodou (ověření teorie experimentem, reprodukovatelnost experimentu, konzistence teorie). Není přípustný tzv. důkaz autoritou, oponent musí pracovat a publikovat v recenzovaných časopisech ve stejném oboru. Řada publikací mezi něž patří i noviny a běžné populární časopisy recenzním řízením neprochází. Totéž platí o velkém množství informací, které jsou publikovány na Internetu, v oblasti volně přístupného internetu.

25. 2. Tvorba odborných textů Formální struktura odborného textu - článku • Výstižný název • Informace o autorech • Abstrakt (stručné shrnutí obsahu) • Klíčová slova • Úvod do řešené problematiky (stav poznání) • Použité metody (postupy, zařízení apod.) • Výsledky studia • Diskuse výsledků • Závěr • Citace

26. 2. Tvorba odborných textů

27. 2. Tvorba odborných textů Vybrané softwarové nástroje • Microsoft Word + Editor rovnic • Mathtype • Open Office • LaTex + editor např. WinShell

28. 2. Tvorba odborných textů Microsoft Word +Mathtype

29. 2. Tvorba odborných textů Open Office - www.openoffice.cz/

30. 2. Tvorba odborných textů Open Office + Jex

31. 2. Tvorba odborných textů LaTex Zdrojový text $$ \lim_{n \rightarrow \infty} \left(1 + {1 \over n} \right)^n = e $$ Výstup po překladu

32. 2. Tvorba odborných textů Latex + WinShell

33. 2. Tvorba odborných textů Odkazy - LaTeX Stránky projektu LaTeX České sdružení uživatelů TeXu Český návod k LaTeXu Velmi dobrý tutoriál k LaTeXu LaTeX v kostce - Uvod Ne příliš stručný úvod do systému LTE X2 ε

34. 3. Analýza a prezentace dat • Získání dat z experimentu nebo z výpočtů pomocí numerických modelů (nejlépe ASCII ve formě tabulky) • Zpracování dat ve vhodném programu (přepočty, výpočty, statistika, prokládání křivek) • Vytvoření grafického výstupu – grafu (koláčové, sloupcové, 2D, 3 D, konturové diagramy).

35. 3. Analýza a prezentace dat Přehled softwarových nástrojů • Standardní součásti kancelářských balíků (např. Excel nebo tabulkový kalkulátor, který je součástí Open Office). • Rozsáhlé profesionální nástroje - umožňují náročnější zpracování i velkých souborů, více nástrojů a metod zpracování, kvalitnější grafický výstup oproti standartním nástrojům. • Specializované jednoúčelové programy – slouží ke zpracování dat z konkrétního přístroje či modelu

36. 3. Analýza a prezentace dat Rozsáhlé profesionální softwarové nástroje Příklady: • OriginLab www.originlab.com • Axum (dodáván s MathCadem, infoAxum) • EasyPlot - www.amion.com/ep/eplot.html • Grapher - www.goldensoftware.com • GNU Plot (Unix) • Statgraphixwww.statgraphics.com/ • ADSTATmeloun.upce.cz/adstat.html (TriloByte Statistical Software, ČR) Seznam dalšího SW pro statistiku

37. 4. Výpočty a modelování Modelování v přírodních vědách Numerické modelování • Vytvoření matematického modelu • Popis systému pomocí rovnic (obyčejné, diferenciální) • Řešení modelu pro zadané počáteční a okrajové podmínky • Numerickou metodou (postupné aproximace ke správnému řešení) na počítači

38. 4. Výpočty a modelování Algoritmus – postup popisující v jednotlivých krocích řešení problému – modelu. Nástroje k modelování můžeme rozdělit na: Programovací jazyky • kód algoritmu je napsán ve formě tzv. zdrojového textu, který se překládá do spustitelnéformy, které rozumí procesor počítače. Interaktivní nástroje • spustitelný kód se připravuje s použitím grafického uživatelského prostředí.

39. 4. Výpočty a modelování Srovnání: Programovací jazyky • Náročnější na tvorbu kódu, složitá syntaxe • Flexibilnější při tvorbě specializovaných modelů Interaktivní nástroje • Rychlejší tvorba kódu • Grafické nástroje obsahují pouze předem definované typy algoritmů. • Velmi vhodné i pro dílčí výpočty. Dnes je obvyklé, že v nástrojích pro modelování se míchají oba přístupy tak aby bylo možno využít výhody obou přístupů.

40. 4. Výpočty a modelování Algoritmus modelu či výpočtu sestává z posloupnosti jednotlivých kroků (příkazů, jejich skupin a vazeb mezi nimi). Spustitelný kód pak může být vytvářen a prováděn dvěma způsoby, podle toho lze nástroje dělit na: Interprety Spustitelný kód se vytváří postupně po jednotlivých krocích, které se ihned spouštějí (jsou prováděny procesorem). Kompilátory Nejdříve se vytvoří spustitelný kód celého algoritmu a tento kód je pak vykonáván.

41. 4. Výpočty a modelování Srovnání: Interprety • Je možno ihned reagovat na změny provedené v kódu, aniž by se musel běh programu přerušovat. • Na počítači musíte mít neustále nástroj, který umí příkazy interpretovat. Kompilátory • Pro spuštění kódu již není nutný překladač. Kód existuje ve formě samostatného programu. • Při běhu programu se nemusí jednotlivé kroky překládat postupně či dokonce opakovaně. • Po jakékoliv změně se musí kód vytvořit znovu. Program tak nemůže za chodu doplnit řešení situací na něž nebyl projektován.

42. 4. Výpočty a modelování Příklady programovacích jazyků Jazyky nízké úrovně – strojový kód nebo assembler Vyšší programovací jazyky – příklady: • Pascal – vhodný pro výuku, přehledná struktura programu • Jazyk C(C++) – jazyk rozšířený na velkém množsví platforem (různé OS a počítače). • FORTRAN – vhodný pro vědeckotechnické výpočty (práce s maticemi a komplexními čísly). • JAVA - interpret, používán pro web a mobilní telefony.

43. 4. Výpočty a modelování Příklady interaktivních nástrojů pro modelování: • HyperChemwww.hyper.com oblast chemických výpočtů, modely a zobrazení molekul • Comsolwww.comsol.com www.humusoft.cz/femlab/indexcz.htm (CZ) oblast výpočtů ve fyzice, chemii, elektrotechnice aj. • Mathematicawww.wolfram.com, www.mathematica.cz (CZ) (Calculation Center) výpočty a modely v matematice fyzice aj. • MathCadwww.mathsoft.com www.dtn.mathsoft.cz , www.gjwprostejov.cz/projekty/sipvz03/mathcad.htm podobné použití jako Mathematica.

44. 4. Výpočty a modelování HyperChemwww.hyper.com Příklad: umožňuje provádět výpočty struktur molekul a jejich zobrazení. Odkaz na galerii dalších příkladů

45. 4. Výpočty a modelování Comsolwww.comsol.com , Humusoft (CZ) Nástroj pro řešení parciálních diferenciálních rovnic metodou konečných prvků. Odkaz na galerii modelů

46. 4. Výpočty a modelování Mathematicawww.wolfram.com, www.mathematica.cz (CZ) Pro trénink práce v systému je vhodnější produkt CalculationCenter Symbolické a numerické výpočty. Vyhodnocování výrazů a řešení rovnic. Galerie aplikací

47. 4. Výpočty a modelování MathCadwww.mathsoft.com, www.dtn.mathsoft.cz , (infCZ) Opět symbolické i numerické výpočty. Tvorba interaktivních dokumentů Ukázky - FlashPlayer

48. Výpočty a modelování Příklady modelování • Sestavíme jednoduchý model procesů vzniku, šíření a odeznívání epidemií. • Budeme se přitom zabývat tzv. modely bez vitální dynamiky, tj. budeme uvažovat, že celkový počet jedinců v  populace se nemění v čase. • K tomu budeme uvažovat, že choroba má krátké inkubační období a doba mezi nákazou jedince a jeho onemocněním je zanedbatelná. • V tomto případě je možno populaci rozdělit do tří skupin.

49. Výpočty a modelování Příklad modelování Skupina S: (angl. susceptible) obsahuje tu část populace, které je náchylná k onemocnění. Tito jedinci netrpí chorobou, mohou však být infikováni při styku s nemocnými. Skupina I: (angl. infected) obsahuje část populace tvořenou infikovanými jedinci. Tito jedinci vykazují známky onemocnění a rozšiřují nemoc mezi členy skupiny S. Skupina R: (angl. removed) obsahuje tu část populace, která je tvořena jedinci, kteří byli dříve infikováni, ale nyní již nemohou šířit chorobu. Jsou zde obsaženi jedinci, kteří se uzdravili a zůstali trvale imunní, jedince, kteří byli trvale izolováni a dokonce, v případě smrtelné nemoci, jedinci, kteří uhynuli.

50. Výpočty a modelování Příklad modelování Veličiny S,I,R jsou obecně funkcemi času. V libovolném časovém okamžiku t platí S(t) + I(t) + R(t) = N