計算機在材料科學與工程中應用復習題一、計算機應用基礎部分1.傳統設計和現代設計有哪些區別？現代設計方法的特點是什么？傳統設計也是目前遵循的設計模式,基本上是憑借直接或間接的經驗，通過類比分析來確定設計方案。設計方案很大程度上取決于設計者個人的經驗，難以獲得最佳結果；準確性和精確性低.現代設計是設計的一般原理加上計算機技術和各種現代科學方法的有機結合。它既傳承了傳統方法中有益的東西，又注入了現代科學的精髓?，F代設計方法具有以下特點：1、科學的獲得必要的設計參數：普遍采用技術預測和信號分析法。2、從整體上認識和分析設計對象：引進系統工程的分析方法進行設計方案的設計和優化。3、大大提高設計的精確度和可靠性：4、實現了富有創造性的高效率和自動化的設計.2。計算機應用系統的硬件配置有哪幾種類型?各有什么特點？應用于什么場合?計算機應用系統的硬件配置有：主機系統、小型機成套系統、工作站系統、微機系統.主機系統：i大型直聯式：所有終端直接與主機連接，通常連接幾十個終端.優點:計算機本身通用性強，終端側的設備較簡單。缺點：多用戶分享主機，終端響應不穩定,性價比不高。ii功能分散型:在終端和通用主機間設置一級小型機或微機.保留較大通用性和很強運算能力的優點，又能充分發揮終端側小型機的基本處理能力。系統處理速度和工作效率更高。應用:大型工廠或企業。小型機成套系統:對任務針對性強，系統的軟硬件配套齊全，又稱“轉匙"系統。與主機系統相比，分析計算能力弱,系統擴展能力差、移植性不好。應用：缺工作站系統：每個用戶單機獨占資源，處理速度快,工作效率高,而且價格適中，不必一次性集中投資，具有良好的可擴充性。應用：大、中、小企業均可使用.微機系統：價格低廉,對運行環境要求較低,維修、服務方便，學習和使用容易，完全開放性的設計。應用：中、小企業.3。計算機應用系統由哪些軟件組成？它們各自的作用是什么?系統軟件分為:系統軟件、支撐軟件、應用軟件.系統軟件起著擴充計算機功能和合理調度計算機硬件資源的作用。支撐軟件的作用是建立開發計算機應用系統所需的應用軟件平臺，縮短應用軟件開發周期,減少應用軟件開發的工作量，使應用軟件更加貼近國際工業標準,提高應用軟件水平。應用軟件：用于某一特定目的，如沖裁模、鍛模等，一般經二次開發得到。4。計算機應用系統有哪幾種類型?各有什么特點？計算機應用系統分為信息檢索型、逐步逼近型、自動設計型、交互型等.信息檢索型系統：優點：開發容易、系統投資小,使用該系統能大大縮短生產周期，保證正確性與可靠性。缺點：沒有通用性，不能創新產品。逐步逼近型系統:又稱查詢修改型系統。對信息檢索性系統的改進，方便直觀，可以人機交互實施修改;還可用于參數化設計方便靈活。自動設計型系統：以數據計算為主，無需設計者參與；速度快，優化程度高,但必須較好的建立起數學模型和目標函數。交互型系統：將計算機系統所具有的計算速度快、計算精度高、數據存儲量大、耐重復工作和不易出錯等優點，與人在工程設計中的主導作用結合起來。5.解釋下列術語實體實體集屬性實體標識符數據項記錄文件關鍵字實體：客觀存在并可相互區別的物體叫實體(Entity）實體集：性質相同的同類實體的集合稱為實體集。屬性：數據表示的信息常用來描述實體的某些特征，這些特征就是該實體的屬性.屬性的集合所描述的對象即為實體。實體標識符：能將一個實體與其他實體區別開來的屬性集。數據項：被命名的最小信息單位，是標識實體屬性的符號集。記錄：數據項的有序集。記錄用來描述實體，又可定義為：完整地描述一個實體的符號集。文件：同類記錄的集合。文件用來描述實體集，又可定義為：描述一個實體集的所有符號集。關鍵字：其值能唯一地確定標識一個記錄的某一個數據項或者幾個數據項的集合?，F實世界和信息世界各術語的對應關系為：現實世界信息世界屬性數據項實體記錄實體集文件實體標識符關鍵字6。什么是數據?什么是數據結構？數據結構包括哪幾類？數據：用來描述客觀事物的數字、字符、運算符號等，能夠輸入到計算機中,并能被計算機處理的符號集合。數據結構:數據之間的關系，數據之間的組織形式。數據結構包括數據之間的邏輯關系（數據的邏輯結構)和數據在計算機內的存儲方式（物理結構）兩類。7。實體間的聯系有哪幾種？實體間的聯系有兩種：實體內部的聯系和實體與實體間的聯系。抽象后歸結為一下三類：1）一對一關系（one—to-one):學校對校長2）一對多關系（one-to-many）:公司對職員3)多對多關系（many—to—many）：模架對零件8。數據庫系統有那些優點?數據庫系統有那些類型？數據庫系統的優點：1)可實現數據共享，大大減少了數據的冗余；2）數據獨立與應用程序，程序與數據結構的改變不會相互影響;3)應用程序編制者可不考慮存儲管理和訪問效率；4）實現對數據的統一控制，保證了數據的正確性和保密性。數據庫系統分三大類型：關系型數據庫、層次型數據庫和網絡型數據庫.9.與商用數據庫比較，工程數據有哪些特點？】商用數據庫工程數據庫數據是靜態的，信息的模式是事先定義的，模式是靜態的和編譯性的數據是靜態的和動態的,靜態數據包括設計準則、標準元素和符號等；動態性數據指設計工程中所產生的數據，模式是動態的和解釋性的數據操縱時間短，更新影響范圍小，僅涉及值的更新數據操縱時間長，更新影響范圍大，不僅涉及更新值，同時也需要更新結構用戶只有權更新“值"；只允許管理員（DBA)去更新結構允許用戶更新值及結構數據類型簡單，基本上是字符和數字型數據類型復雜,包括結構型數據（圖形數據）實體類型少，數據模型的復雜程度低實體類型多,實體間的聯系復雜，往往是復雜的網絡結構會話方式主要是字符終端通常采用圖形終端，對交互方式及所用工具要求高用戶通常不共享數據，數據的保密性特別重要用戶間常共享數據對用戶要求不高要求用戶是專業技術工程師DBMS沒有數據相容性檢查機制,操作人員無法檢查和發現數據不相容問題數據相容性問題部分地由操作使用人員負責10.在圖形變換中采用齊次坐標表示法有什么優點？1）引入齊次坐標后,可以實現圖形的所有基本變換（比例、對稱、錯切、旋轉、平移、透視）；2）用3X3變換矩陣對圖形進行交換時，除透視變換(p、q非零）外,其他變換均具有仿射變換的性質。即：交換前后圖形之間保持從屬性、同素性、平行性、定比性。3)引入齊次方程后，可用齊次方程坐標表示無窮遠點，并且可以通過透視變換將無限遠點變為有限遠點,相當于投射投影中的滅點。11.按其狀態分模型可分為哪幾類？從產品設計的角度，模型應怎樣分類？模型，根據其狀態分為靜態模型和動態模型兩類.從產品設計角度看，模型又可分為抽象模型和物理模型。12.幾何造型中有哪些常用的造型方法？各有什么特點？幾何造型技術主要有以下方法：1）線框造型:特點：結構簡單，生成模型較容易；圖形顯示速度快，容易修改;容易形成三面視圖、透視圖；當零件復雜時,易產生多義性；難以直接得出物體體積、表面積等;難以進行形體表面交線計算和消隱處理；對于球、圓柱和曲面的表示不夠充分。2）表面造型（surfacemodelling)特點:在提供三維立體嚴密、完整的幾何模型方面比線框造型前進了一大步，對多義性有所改進;可進行三維處理和生成剖面圖;無法保證三維外形封閉、完整的唯一性；不能有效的處理曲面的不規則區域；僅僅表示物體的外殼，沒有明確定義實體的存在側.3）實體造型：特點：在計算機內存儲真正的三維信息；將設計人員和工程技術人員帶入了真正的三維空間；真三維渲染和色彩設計等，效果高度真實；直接全面的反映設計對象；物體的幾何參數易于得到，如面積、體積、質量等.4）特征造型:特點：增加幾何實體的工程意義，為各種工程應用提供更豐富的信息.13.幾何造型中有哪些常用的表示模式？各有什么優缺點？（待改)1）體素調用法：缺點：受初始狀態的限制，體素調用不能產生復雜的形體，很少作為一種獨立的表示模式使用，而是在幾何造型中用于定義體素。2）空間點陣法（網格法、空間占有計數法）：優點：通過記錄形體對單元的占據狀態可描述形體的幾何形狀.缺點：精度受單元劃分粗細程度的限制,需大量的存儲空間,且形體各部分關系不明確。3)單元分解法（劃分單元法）：優點：將形體分解成一系列單元，然后表示這些單元及其相互間的連接關系.理論上可表示任何實體.缺點：適用范圍決定于系統所允許的單元類型。一些曲面物體人工難以劃分單元.4）掃描變換法（掃描表示法、掃動表示法）：優點:通過一個二維圖形或者一個形體沿某一路徑掃描，產生新形體。5）構造體素法：（構造幾何實體方法，CSG）優點：利用一些簡單形狀的體素，經變換和布爾運算構成復雜形體。采用二叉樹結構來描述復雜形體的關系。無二義性，較緊湊缺點：顯示時運算量大6）邊界表示（B—Reps)優點：以形體表面的細節，即以頂點、邊、面等幾何元素及其相互間的聯系關系來表示形體的。缺點:要求邊界必須是連續的。14三維造型中，曲面的生成常有哪幾種方法？直紋面、旋轉面、掃描面、邊界面、放樣面、網格面、導動面、等距面、平面、體表面15三維造型中，實體的生成常有哪幾種方法?拉伸、旋轉、放樣、導動、曲面加厚、曲面裁剪16用CSG二叉樹表示實體。（缺立體圖）C2二、優化設計部分1、何謂優化設計？優化設計的數學模型包含哪些內容？優化設計的一般步驟是什么？答：應用數學的一個分支,能使一項設計在一定的技術和物質條件下，尋求一個技術經濟指標最佳的設計方案。在給定的技術、經濟等客觀條件下選擇設計參數，使設計指標達到最優值。在一定約束條件下求多變量函數極值的方法.研究和解決在一切可能方案中尋求最優方案的科學方法。2、掌握無約束優化問題的進退法(確定優化區間）、0.618法、二次插值法、坐標輪換法、最速下降法、牛頓法的解題步驟.(略）3.掌握約束優化問題的消元法、拉格朗日乘子法、罰函數法的解題步驟。(略）4.有三種原料,其成分與成本如表所示。用這三種原料進行配料，求滿足配料成分為N1≥0.04，N2≥0.02，N3≥0.07，N1N2N3=1,且成本最低的配料方案。試列出數學模型。表原料成分及成本原料A成本(元／千克）N1N2N310。0060.0020。0091520。0030。0040。0051230.0040。0010.00381)設計變量取三種原料質量x1，x2及x3為設計變量,寫成向量形式為：X=(x1

x2

x3)T2）目標函數優化的目標為成本最低。成本函數為:f（X）=15x112x28x33）約束條件由題意可得如下約束條件:g1(x)=0.06x10。03x20.04x3-0。04≥0g2(x)=0.02x10.04x20。01x3-0。02≥0g3(x)=0.09x10。05x20。03x3—0。07≥0g4(x)=0.17x10.12x20.08x3—1=0綜上所述，配料優化設計的數學模型歸結為:minf(X)，X∈R3s．t．gi(x)≥0，i=1～3，g4(x)=05、某工廠生產A、B兩種產品,每天可用資源限制為：原料1600kg，面積1500m2,工時7h，資源消耗系數和產值系數見表.求這兩種產品各生產多少能使總產值最大的設計方案。試列出數學模型.表產值和資源消耗系數項目AB占地面積(m2/單位產量）54原料消耗(kg/單位產量）45生產率（單位/時）6030產值（元/單位產量）10151)設計變量取兩種產品的產量x1,x2為設計變量,寫成向量形式為：X=(x1

x2

x3)T2)目標函數優化的目標為總產值最大.總產值函數為：

f(X)=10x115x23）約束條件由題意可得如下約束條件：g1(x)=5x14x2—1500=0g2(x)=4x15x2—1600=0g3(x)=1/60x11/60x2-7=0綜上所述,配料優化設計的數學模型歸結為：maxf(X)，X∈R2s．t．gi(x)≥0,i=1~3，6、有一塊邊長為6cm的正方形鐵板，將四角截去相等的方塊，并折焊成無蓋的盒子，問怎樣截可以得到容積最大的盒子。設截去方塊的邊長為x,則:以x為設計變量的目標函數為V(X)=(6-2x)?x2=4x3-24x236x其約束條件為：x＞0;6-2x＞0。運用解析法得：最優解為：x＊=1，函數值為:V(X)=(6-2x)2?x=167、用二次插值法求minf（X）=ex-15x，迭代二次。取x1=1，x2=2，x3=3。將求得結果與實際極小值進行比較.取=1,x2=2,x3=3,相應函數值為：f(x1)=f(1)=e1-15=-12。282f(x1)=f(2)=e2-30=-22.611f(x1)=f(3)=e3-45=-24.914過A1(x1,f(x1)),A2(x2,f(x1))A3(x3,f(x1))構造拋物線，方程為P(x)=a0a1xa2x1。1)求待定系數a1，a2：將A1，A2,A3代入方程得：a0a1a2=-12.282a02a14a2=-22.611a03a19a2=-24.914解得:a1=-22.368,a2=4.0131。2)求極小點和極小值:令P(x)導數等于0，可得：極小值點為:代入目標函數,得：()2.78700f=fx=e-15?2.787=-25。573另取取1x=2,2x=2。787，3x=3，相應函數值為:三、軟件工程學1.計算機軟件開發經歷了哪幾個階段？各階段軟件開發的特點是什么？自1946年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機軟件的發展經歷了三個階段：1）程序設計時期：軟件開發的特點是:規模較小的程序；編寫者和使用者往往是同一（或同一組）人；軟件設計通常是在人們頭腦中進行的一個隱含的過程；除了程序清單外,沒有其他文檔資料保存下來.2)程序系統時期：軟件開發的特點是：軟件的開發方式由個體生產發展到“軟件作坊”；軟件的運行維護不再有一人承擔；程序不再是計算機硬件的附屬部分,而是計算機系統中與硬件相互依存、0共同發揮作用的不可缺少的部分。3）軟件工程時期：軟件開發的特點是:軟件開發不再是“個體化”或“手工作坊”式的開發方式，而是以工程化的思想作指導，用工程化的原則、方法和標準來開發和維護軟件；軟件開發的成功率大大提高，軟件的質量有了很大的保證；軟件已經產品化、系列化、標準化、工程化。2.什么是軟件危機？為什么會產生軟件危機？軟件危機表現在哪些方面？怎樣消除軟件危機？軟件危機：軟件開發的高成本與軟件產品的低質量之間的尖銳矛盾，終于導致了軟件危機的發生.產生的原因:一方面與軟件本身的特點有關，另一方面也和軟件開發與維護的方法不正確有關。表現:軟件的復雜性越來越高，“手工作坊”式的軟件開發方式已無法滿足要求；軟件開發的成本與進度嚴重估計不足;軟件開發周期長；軟件成本在計算機系統總成本中所占的比例逐年上升；軟件的維護工作量大；軟件沒有足夠的文檔資料;軟件的開發速度遠遠跟不上計算機應用普及的速度;軟件產品質量難以保障；用戶對“已完成的”軟件系統及不滿意。消除方法：充分吸收和借鑒人類長期以來從事各種工程項目所累積的行之有效的原理、概念、技術、方法；推廣使用在實踐中總結出來的開發軟件的成功的技術和方法，研究探索更好更有效的技術和方法；開發和使用更好的軟件工具；總之為了解決軟件危機,既要有技術措施（方法和工具），又有必要的組織管理措施。3.軟件工程學的研究對象、基本目標是什么？什么是軟件工程學的三要素？研究對象：研究如何應用一些科學理論和工程技術來指導軟件系統的開發與維護使其成為一門嚴格的工程學科基本目標：研究一套科學的工程方法,設計一套方便實用的工具系統，以達到在軟件研制生產中投資少、效率高、質量有的目的。軟件工程學的三要素：方法、工具和管理4.軟件生命周期劃分成哪幾個階段？各階段的關鍵問題是什么?1）軟件定義:問題定義：關鍵問題是“要解決的問題是什么”可行性研究：關鍵問題是“對于上一階段所確定的問題有行得通的解決辦法嗎”需求分析:關鍵問題是“為了解決這個問題，目標系統必須做什么？"2）軟件開發：總體設計:關鍵問題是“概括地說，應該如何解決這個問題?"詳細設計：關鍵問題是“應該怎樣具體地實現這個系統呢？”編碼和單元測試：關鍵問題“寫出正確的容易理解、容易維護的程序模塊”綜合測試:關鍵問題是“通過各種類型的測試（及相應的調試)使軟件達到預定的要求”3）軟件維護：關鍵問題是“通過各種必要的維護活動使系統持久地滿足用戶的需要"5。什么是結構化分析?它的結構化體現在哪里？結構化分析，英文名稱為:StructuredAnalysis,簡稱SA，使用了由頂向下逐層分解的方式。直至子系統足夠簡單了，沒有任何理解上的困難或混亂為止。6.為什么畫數據流圖時要分層？畫分層數據流圖時應進循的原則有哪些?對于一個大型的系統，用一張數據流圖畫出所有的加工和數據流，圖紙會顯得極其龐大和復雜。為了控制復雜性，便于理解，需要采用自頂向下逐層分解的方法進行。應遵循的原則：1)編號方法2）父圖與子圖的平衡3）局部文件的生成4)分解程度的掌握畫分層數據流圖時應進循的原則為：由里向外畫和由頂向下畫。7.數據流圖（dataflowdiagram）與程序流程圖（flowcharts）的區別是什么?1)數據流圖直觀新系統必須做什么，而不關心系統怎樣做;程序流程圖必須考慮系統怎樣做（加工如何實現)的問題.2)數據流圖中的加工一般都不考慮時序問題，即數據流圖不表示過程的序列;程序流程圖則必須表明“第一步做什么,第二步做什么，……，最后一步做什么”,根據此程序流程圖編寫的程序，計算機才會以確定的次序一步步進行。3)數據流圖中流動的只有數據流,沒有控制流;程序流程圖中除數據流之外，還有控制流在流動。如滿足某一個條件,轉向這一步;滿足另一個條件，轉向另一步。4）數據流圖中既不反映判斷和控制條件，也不反映循環過程。8.航空貨運收費辦法：重量不超過20kg，每千克收費5元；重量超過20kg，超重部分收費每千克8元。運費最低起價為25元.該標準僅適用于國內航班,國際航班運費加倍.試分別用判定表和判定樹分別描述其功能。用判定表表示航空貨運收費的算法描述：用判定樹表示航空貨運收費的算法描述:略14頁上部圖9.在系統結構圖中，模塊的類型有哪幾種？1）傳入模塊：2）傳出模塊：3）變換模塊:4）協調模塊：10。典型的系統結構形式有哪幾種?1）變換型系統結構圖:取得數據（準備工作）——變換數據（核心工作）——給出數據（后處理工作）2)事務型系統結構圖：接受一項事務——根據事務處理的特點和性質,選擇分派一個適當的處理單元——給出結果11.圖書館接待讀者辦理借書手續包括;驗證(檢驗借書證的合法性)、驗單（檢驗借書單填寫的正確性）、找書和借書登記幾個步驟。若各步驟之間均以特定的信息形式聯系，試為這項借書業務(不包括還書、續借等)設計數據流圖和數據詞典并導出系統結構圖。略14頁下部圖數據詞典:讀者信息=讀者姓名讀者編號借書單信息=借書單編號借閱人信息借閱書名借閱書號書號信息=借閱書名借閱書號略15頁上部圖12.常用的詳細描述工具有哪些？各有什么優缺點?1）程序流程圖（programflowchart)優點：直觀的描述了控制流,便于初學者掌握;缺點：程序流程圖不是一種結構化設計的工具；程序流程圖本質上不是逐步求精的好工具；不容易表示數據結構.2）盒圖:（N-S圖)優點：所有的程序結構均用方框表示。因此程序的結構非常清晰；程序只有一個入口、一個出口，完全滿足單入口單出口的結構化程序設計要求；盒圖除了幾種表示標準結構的符號外，不再提供任何描述手段。因此，強制設計人員按SP方法進行思考并按SP方法進行設計，從而有效的保證了設計的質量，也保證了程序的質量;盒圖形象直觀，具有良好的可見度。因此，設計意圖容易理解,這就為編程、復查、選擇測試用例、維護都帶來了方便；容易確定局部數據和全局數據的作用域；盒圖簡單、易學易用.缺點：當程序內嵌套的層數增多時,內層方柜會越來越小，一方面增加畫圖的難度，一方面會影響圖形的清晰度。3)問題分析圖（problemanalysisdiagram，PAD）優點：用PAD圖表達的程序過程呈樹形結構，這種圖容易翻譯成程序代碼;用PAD圖描述的程序結構清晰；用PAD圖表達程序邏輯，易讀、易懂、易記；PAD圖既可描述程序，又可描述數據結構；PAD圖完全支持自頂向下、逐