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Mathematica——能与MATLAB媲美的强大计算工具

提到计算，人们马上联想到的可能是使用计算器和Excel表格。实际上，对于更加复杂的工程计算、编程和作图需求，目前最流行的两大软件是MATLAB和Mathematica。它们均在高校教学、学术界和工业界发挥着重要作用。MATLAB更加适合工程应用，Mathematica更加适合数学分析。

Mathematica是由美国的沃尔夫勒姆（Wolfram）研究公司开发的计算软件，于1988年问世，在数值计算、符号运算、数学绘图和动画显示等方面具有强大能力。Mathematica作为一种交互式计算工具，能够智能化理解用户输入的英文计算命令，使用方便。它作为一种程序语言，语法规则简单，语句精炼，能够使用较少语句完成复杂计算和公式推导等任务。用户可以选择单命令对话方式或批处理程序方式进行计算。

Mathematica内置大量函数，例如Abs[x]表示x的绝对值，Random[]表示产生[0, 1]区间上的随机数，Factor[expr]表示对expr进行因式分解，Plot[f[x], {x, xmin, xmax}]表示对函数f作图。它可以求解方程、方程组和不等式，例如使用Solve[x2-2x 1==0, x] 命令求解方程中的未知数x。它可以求导数，例如使用D[f, x1, x2, x3] 命令能够求f关于x1、x2、x3的偏导数。它可以求积分，例如使用Integrate[f, {x, a, b}]命令能够求函数f相对于x在x=a到x=b的范围内的积分值。它还可以求解常微分方程和偏微分方程，例如使用DSolve[{x’’[t]-3x’[t] 8y’[t] 4y[t]==0, x’[t]-2y’[t] 7x[t]==3 Exp[t]}, {x[t], y[t]}, t]的命令能够求解自变量为t的常微分方程组。从以上几个例子可以看出，Mathematica的计算方式是使用大量内置函数命令，非常便于计算和公式推导，免去了用户查找算法并使用FORTRAN或C语言自己编程的麻烦。

Mathematica与MATLAB在很多计算、绘图和编程的功能上类似。它们之间的区别可以归纳为以下几点，各有优劣。

1. MATLAB在软件语言规则、编程便利性和程序调试方面比Mathematica更加方便易用。
2. MATLAB包括各种工具包，例如信号处理工具包、优化工具包、神经网络工具包、控制系统工具包、样条工具包、符号数学工具包、图像处理工具包、统计工具包等。
3. 由于Mathematica提供一种称为“Notebook”的用户界面，格式灵活友好，因此用户能够很容易地将计算结果直接存成汇报演讲稿格式的文件，在这方面比MATLAB更加方便。

关于Mathematica的使用方法，本文从网上精选出一个详细的视频指南和一个讲座示例，建议读者观看。掌握Mathematica的关键是熟悉其语法规则。以下总结它的20条重要语法规则。

• 启动软件后，出现Notebook窗口。输入用In[ ]表示，输出用Out[ ]表示，按“Shift Enter”键运行计算。
• 用户在Notebook界面下，使用“#”或“##”可查询函数的定义和用法，获取帮助信息。如果使用两个问号“##”，则帮助信息会更详细。例如，“#Plot*”给出所有以“Plot”开头的命令。
• 完成计算后，点击File-