Mathematica應用技術(shù)-實驗教學大綱

《Mathematica應用技術(shù)》課程實驗教學大綱課程名稱：Mathematicay應用技術(shù)英文名稱：MathematicaApplicationTechnology課程代碼：1005404882實驗課性質(zhì)：選修課程負責人：張勇大綱主撰人：張勇大綱審核人：李剛一、學時、學分課程總學時：48實驗學時：16課程總學分：2實驗學分：0.5二、適用專業(yè)及年級軟件工程專業(yè)二年級、三年級；物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)二年級和三年級三、實驗教學目的與基本要求通過系統(tǒng)地基礎(chǔ)性實驗，力爭達到以下四個目的：（1）加深學生對課堂講授理論知識的理解，通過實驗牢固掌握Wolfram語言的原子數(shù)據(jù)類型和語法結(jié)構(gòu)，在遇到實際問題時可以靈活運用Wolfram語言建立和求解數(shù)學模型。（2）通過基礎(chǔ)性實驗，規(guī)范學生的Wolfram語言程序格式，提高學生的Wolfram語言綜合運用能力，掌握Wolfram語言的編程技巧。（3）通過基礎(chǔ)性實驗，掌握編寫中小規(guī)模的Wolfram語言程序的方法，掌握Wolfram語言的調(diào)試技巧和拓展技術(shù)，豐富解決實際問題的能力。（4）通過基礎(chǔ)性實驗，培養(yǎng)學生將實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型并求解的能力，激發(fā)學生學習Wolfram語言的樂趣，實現(xiàn)學以致用的最終目的。對學生上機實驗有以下兩點要求：（1）在實驗課前，需要學生充分地復習教材理論知識，并查閱與實驗相關(guān)的理論知識。對實驗的具體要求作認真詳細的分析，以便提高實驗效率，節(jié)省實驗時間。（2）按照實驗要求完成實驗后，需要學生總結(jié)實驗過程，描述實驗技巧和方法，突出個人的創(chuàng)新點。還應結(jié)合實際問題，思考實驗方法的現(xiàn)實意義。四、主要儀器設(shè)備及消耗品硬件最低要求：Win10系統(tǒng)以上計算機，CPUIntel酷睿i3或ARMR7以上，內(nèi)存16GB以上，硬盤500GB以上。每個學生每次上機實驗使用同一臺計算機。軟件：Word、Mathematica。五、實驗課程內(nèi)容和學時分配序號實驗項目名稱實驗學分實驗時數(shù)每組人數(shù)實驗類型實驗要求實驗類別內(nèi)容提要１Wolfram字符串操作0.131基礎(chǔ)必做專業(yè)1.給定一個字符串列表，將其合并為一個字符串；2.給定一個字符串，將其以空格或逗號為分隔符分隔為各個單詞的列表；3.給定一個字符串，例如“abcdefghijk”，找到字符“f”的位置。２Wolfram中英文字符或單詞統(tǒng)計0.131基礎(chǔ)必做專業(yè)1.給定一個字符串列表，統(tǒng)計其中某個單詞出現(xiàn)的頻率；2.使用WordList函數(shù)，統(tǒng)計英文單詞的首字母出現(xiàn)的頻率；3.給定一個字符串，統(tǒng)計其中的中文字符數(shù)、英文字符串和數(shù)字個數(shù)。３Wolfram繪制Lorenz動態(tài)演化曲線0.131基礎(chǔ)必做專業(yè)1.已知Lorenz方程如下式所示：&x其中，σ=10，r=28,b=8/3。將上式用差分方程表示，時間步長取為0.002。2.使用Animate函數(shù)或Manipulate函數(shù)實現(xiàn)Lorenz方程的相圖演變動畫。４Wolfram求解定積分0.131基礎(chǔ)必做專業(yè)1.求解函數(shù)Sin(x2)在區(qū)間[0,3]上的定積分；2.設(shè)fx=x2+x+1５SM4加密與解密圖像0.141基礎(chǔ)必做專業(yè)1.編寫Module模塊程序?qū)崿F(xiàn)SM4加密和解密算法；2.編寫Module模塊程序?qū)崿F(xiàn)CBC模式下的SM4加密與解密處理；3.使用密鑰k1=“C1E7DA73EFA036FD7343CE282145A61A”，k2=“C1E7DA73EFA036FD7343CE282145A61B”加密Pepper和Lena圖像并解密。實驗一Wolfram字符串操作實驗目的：（1）熟悉Mathematica軟件工作環(huán)境；（2）掌握Wolfram語言的常用字符串操作函數(shù)；（3）學會基于Wolfram語言進行字符串的合并與拆分操作；（4）熟悉Wolfram語言的字符串匹配操作函數(shù)；（5）編制字符串合并、拆分與匹配操作程序，并上機運行實現(xiàn)所設(shè)定的功能。實驗內(nèi)容與要求：（1）給定一個字符串列表，將其合并為一個字符串；（2）給定一個字符串，將其以空格或逗號為分隔符分隔為各個單詞的列表；（3）給定一個字符串，例如“abcdefghijk”，找到字符“f”的位置。實驗二Wolfram中英文字符或單詞統(tǒng)計實驗目的： （1）掌握Wolfram語言中列表的構(gòu)造方法；（2）熟練掌握列表元素操作函數(shù)及其用法；（3）掌握特殊列表的創(chuàng)建方法；（4）編寫具有字符串統(tǒng)計功能的處理程序。實驗內(nèi)容與要求：（1）給定一個字符串列表，統(tǒng)計其中某個單詞出現(xiàn)的頻率；（2）使用WordList函數(shù)，統(tǒng)計英文單詞的首字母出現(xiàn)的頻率；（3）給定一個字符串，統(tǒng)計其中的中文字符數(shù)、英文字符串和數(shù)字個數(shù)。實驗三Wolfram繪制Lorenz動態(tài)演化曲線實驗目的：（1）熟練掌握常用的二維和三維繪圖函數(shù)；（2）熟練應用選項技術(shù)調(diào)整繪圖函數(shù)的顯示；（3）掌握多個圖形迭加顯示的方法；（4）編寫實現(xiàn)圖形動態(tài)顯示的程序。實驗內(nèi)容與要求：（1）已知Lorenz方程如下式所示：&x其中，σ=10，r=28,b=8/3。將上式用差分方程表示，時間步長取為0.002。（2）使用Animate函數(shù)或Manipulate函數(shù)實現(xiàn)Lorenz方程的相圖演變動畫。實驗四Wolfram求解定積分實驗目的：（1）掌握Wolfram語言計算不定積分與定積分的方法；（2）掌握Wolfarm語言計算導數(shù)和方向?qū)?shù)的方法；（3）掌握常用的Wolfram微積分函數(shù)；（4）能綜合運用Wolfram微積分函數(shù)求解給定的數(shù)學問題。實驗內(nèi)容與要求：（1）求解函數(shù)Sin(x2)在區(qū)間[0,3]上的定積分；（2）設(shè)fx=x2+x+1實驗五SM4加密與解密圖像實驗目的：（1）熟練掌握Module模塊程序設(shè)計方法；（2）掌握Compile模塊編譯技巧和程序設(shè)計方法；（3）熟練掌握SM4加密實現(xiàn)原理與算法；（4）學會應用SM4對數(shù)據(jù)進行加密與解密。實驗內(nèi)容與要求：（1）編寫Module模塊程序?qū)崿F(xiàn)SM4加密和解密算法；（2）編寫Module模塊程序?qū)崿F(xiàn)CBC模式下的SM4加密與解密處理；（3）使用密鑰k1=“C1E7DA73EFA036FD7343CE282145A61A”，k2=“C1E7DA73EFA036FD7343CE282145A61B”加密以下圖像并解密。圖1.Lena圖像圖2.Pepper圖像六、考核方式根據(jù)學生的實驗預習、實驗紀律、實驗動手能力及實驗報告結(jié)果進行綜合評定。對缺實驗成績者，本課程不予通過。七、大綱使用說明本大綱所所規(guī)劃的實驗均為基礎(chǔ)性或操作性實驗，但具有一定的難度，同時是