《Mathematica的科技文档处理功能》第1章 Notebook的文字处理功能重新审定稿14节.docx

1、Mathematica的科技文档处理功能第1章 Notebook的文字处理功能重新审定稿14节序言Mathematica是一个世界知名的主流数学软件。Wolfram公司的调查显示，它的用户主要分布在工程、物理学、数学、计算机科学、医药化学、航空航天等领域.。许多人都知道，它不仅能做高精度的数值计算，还有独树一帜的符号计算功能（在四大主流数学软件中，其余三家的符号计算功能都源出于Maple一家）。能为各种数学表达式绘制数学图形，还有独特的帧帧动画基本功能。是一个完美的科技工作平台。但是，许多人也许还不了解，Mathematica的Notebook界面同时还是一个十分完善的科技文献写作环境。它能方

2、便地写出传统的2D数学表达式，具有足够的文本编辑排版功能，可以生成 “多媒并茂”的科技文档（把文本、公式、图形、动画、声音集于一身）。特别可爱的是，它能十分流畅的几乎是完美无缺的处理简体中文和繁体中文，无需经过“汉化”。它甚至可以进行任何一种语言的文字处理，只要配上相应的录入手段。Mathematica的Notebook还能把它所生成的文档转换格式，输送到其它软件环境中去使用。仅就文字处理功能而言，它并不逊色于大名鼎鼎的Mord。如果再注意到它主营业务的那些看家本事（数值计算、符号计算、绘制图形、制播动画），你该想象得出来，它可以生成多么美妙的科技文献。你肯定知道，这样的科技文献会有多么大的使

3、用范围：讲课使用的演示课件；学术报告的讲演稿；展览会上的展播解说；呈交上司的项目总结；合作者之间交流学术见解的通信文书，。对于科技人员来说，与一般的通用文字处理软件相比，它的优点真是太多了。由此有人给他送了一个外号：“Math-Word”或“Sciense-Word”！如果你对Mathematica已不陌生，用它做过计算或绘图，现在你可以通过本书掌握它的科技文档处理功能；如果你还没有熟悉它的计算绘图功能，也可以先读这本书掌握它的文字处理功能，这也并不妨碍你回头再去熟悉它的计算绘图功能。本书内容是，作者多年跟踪使用Mathematica的心得总结，内容独特新鲜。第1章 Notebook的基本文字

4、处理功能1.概说1-1. Mathematica的界面高版本的Mathematica有三种可做人机交互的前端界面。1-1-1.Notebook界面Notebook最常用，所以被称为主界面。它的调用命令是开始|程序|Mathematica5| Mathematica5或C：Program Files Wolfram Research Mathematica 5.0Mathmatica。软件安装之后，此界面在目录中的对应文件名和图标是 。执行此文件所调出的窗口界面如图1-1。图1- 1 高版本Mathematica的前端界面(Notebook)1-1-2.Text based界面 这种界面的调用是

5、命令：开始|程序|Mathematica5| Mathematica5 Kernel或C：Program FilesWolfram ResearchMathematica 5.0 Math Kernel。在目录中的文件名和图标是： 。所调出的窗口界面如图1-2。图1- 2 Mathematica的Text based界面1-1-3.DOS界面 调用命令：C：Program FilesWolfram ResearchMathematica5.0Math。在目录中的文件名和图标是： 。窗口界面如图1-3。图1- 3 Mathematica的DOS界面三种界面之中，NB（即NoteBook）最新，也

6、最便于使用，曾有“科学计算草纸”之美称。它具有的完善的科技文档处理功能，又被称作“Math-Word”或 “Sciense-Word”。本书主要内容就是介绍这种Notebook界面的科技文档处理功能。以后，如无特殊说明，一律使用这种NB（Notebook）。1-2. NoteBook的结构和本质从属性来说，NoteBook既是一个计算、绘图、编程的工作平台，又是一个完美的文档处理器，能制作出图文式并茂的科技文档，保存起来就是一个文件。NoteBook将文字处理、数学计算、图形绘制、动画制作多种功能集于一个环境，显然它的任务相当复杂而繁重。为使软件系统顺利辨识不同的任务，设计者采用的处理策略是使

7、用一种叫做Cells的结构设计。于是，Notebook就成了若干Cell的集合。也就是说，NB文档的所有内容都分置于不同的Cell当中，而NB也就没有不属于任何Cell的内容。在Notebook当中，每个Cell负有不同的使命，可分为性质迥然有别的两大类：一类，是程序类的Cell，负责接受并执行计算、推演、绘图任务,而且要返回结果；另一类，是文本类的Cells，负责处理文字（接受录入信息，并作编辑排版然后保存起来）。文本类的Cell，还可以按着排版格式再加以细分，成为各种各样的文本类Cell。这就涉及到后面要讲的“Cell的样式”（即CellStyle）。CellStyle里面，含有两种信息:

8、：(1) 表明Cell的类属的信息（是属于文本类还是程序类）；(2) 本Cell中使用了哪些排版命令。从直观上说，Notebook就是文档，Cell就是段落。但从本质上说，Notebook和Cell都是由命令生成的“窗口区域图形”，因而必有其相应的生成命令（语句表达式）。有关Notebook表达式和Cell表达式的知识，一般的初级使用者可以不必深究。高中级用户可以在本讲义的第2章中得到一些比较系统的知识。2. 对Cells的几种常用操作本段所讲各种操作，对于各种各类的Cell大都适用。在对Cell进行种种组合操作之前，要保证将要被操作的Cell处于“可手工组合”的状态。保证这一状态的菜单命令是

9、 Cell | Cell Grouping | Manual Grouping 。 2-1. 认识Cell的记号(标记符，Bracket)在每个Cell右端，通常都会出现一条竖直的线段，上下两端带着不同形状的小钩。它就是这个Cell的标记符（Bracket）。Cell标记符的主要作用是：1.标记本Cell的范围，2.在标记符上表示出Cell的类别。在默认状态下，Cell标记符的形状显示为“后半个方括号(Bracket)”。 最常见也是使用最方便的形状是：文本类Cell是一种统一标记符，上头是双横线；程序类Cell标记符的标准（Standard）形状，是上头有空心的三角形，像是一面小旗。在非默认

10、状态下，程序类Cell标记符会产生形状变化，但这变化是由相关属性设置产生的，无需人工干预。图1- 4 Cell的标记符BracketCell标记符可显可隐，能由用户手工设置（使用Options Inspector的Cell Options | Display Options | False -True/False）。图1- 5 Cell标记符被用户手工设置为不显示 2-2. Cells的选定、复制、剪切、粘贴、移动、删除在Notebook中，对Cell的这6项操作与Word中对段落的对应操作基本一致。只是在Word中经常使用的“压拖移动”或“压拖复制”在这里的默认状态下不能使用。只能用上述6项

11、中的“拷粘”或“剪粘”来做符合替代（也可以让Mathematica 具有“压拖移动”功能，但是要改变Mathematica的编辑设置选项，此事在第3章中会有仔细说明）。应该特殊说说的是，关于Cell的选定操作。虽然Word当中没有与它直接相对应的操作，但也不是全新的内容，因为它和Windows目录当中的文件选定是十分相似的。几项具体操作分别是：选定一个Cell的操作鼠标单击Cell右端的标记（Backet），标记出现反显即是被选定。选定一组毗邻Cell的操作单击选定组中一端Cell的标记，按下Shift键再单击组中另一端的Cell标记，全组Cell就都会成为反显。选定几个不相邻Cell的操作选

12、定第一个Cell之后，按下Ctrl健再单击另外的Cell标记，两个Cell就被同时选定。多次操作就可以选定多个Cell。 2-3. Cells的分割与合并 2-3-1分割分割，是把一个Cell的内容分割到两个或三个Cell中去的操作。操作步骤是：在Cell当中，选定打算分割出去的若干行文本；使用菜单命令 Cell| Divide Cell，或组合键命令 Ctrl+Shift+D。笔者注记： 如果选定的是Cell当中前面或后面的连续数行，Cell被分割成两个Cell；如果选定的是Cell中间的若干行，Cell将被分割成为三个Cell。 2-3-2 合并合并，是把多个毗连Cell中的内容合并到一个

13、Cell中去的操作。操作步骤是：选定打算合并的若干毗连Cell ；使用菜单命令 Cell| Merge Cell 或组合键命令 Ctrl+Shift+M。 2-4. Cells的组合与分解2-4-1 组合组合是使若干毗连的Cell在保留各自完整属性的条件下联合成一个上级群组 (Group)的操作。组合之后的Cell群组，具有两重的标记符号（Bracket）。图1- 6 组合之后的Cell群组，具有两重的标记符操作步骤是：选定若干毗连的Cell；用菜单命令 Cell | Cell Grouping =Group Cells或组合键命令Ctrl+Shift+G做组合。可以对若干毗连的Cell群组再

14、次组合，形成更高一级的群组。2-4-1分解分解，是组合的反操作。能使一个由若干Cell联合起来的Cell群组解体，还原成原来的若干个体Cell。也可对一个多层的Cell群组之某一层使用分解操作。操作步骤是：选定准备分解的Cell群组；使用菜单命令 Cell | Cell Grouping =Ungroup Cells 或组合键命令 Ctrl+Shift+U 来实现分解。如果把前例的Cell群组做两次分解，Cell标记符就会变成单层的。图1- 7 做过两次分解之后的Cell群组 2-5. CellGroup的折叠与展开这是一种专门针对两重或两重以上的Cell群组的操作。折叠，是把群组着的各个Ce

15、ll隐藏起来，只保留第一个Cell，象是一个“标题”。折叠后的Cell群组的标记符号有变形，下端呈现为指向下方的单侧实心箭头形状。图1- 8 不同层次折叠之后的Cell群组展开，是折叠的反操作，是把一个已经折叠起来的Cell群组，复员到折叠前的状态，展露出群组的全部内容。折叠与展开的操作有两种，一种是只管下一级的单层操作，另一种是展开或折叠以下各级的（直到最底层的）多层操作。2-5-1 只开关下一级群组的命令使选定的CellGroup改变一次自身的折叠状态_由折叠变成展开，或反过来由展开变成折叠。这是一种开关命令，执行一次改变一次状态。下面三种命令方式是等效的：鼠标命令：双击CellGroup

16、的Bracket；组合键令：将光标置入组中的第一个Cell，使用命令( Ctrl+” ” )；菜单命令：将光标置入组中第一个Cell，使用命令 Cell | Cell Grouping = Open or Close Group。2-5-2展开以下各级的命令有两种等效的发令方式： 菜单命令： Cell | Cell Grouping = Open All Subgroups； 组合键命令： Ctrl+”。2-5-3折叠以下各级的命令选定一个折叠Cell群组的标记符，然后使用以下两种等效的发令方式之一：菜单命令 Cell | Cell Grouping = Close All Subgroups

17、或组合键命令 Ctrl+”。 2-6. Cells的默认生成与复制插入2-6-1 默认生成先把光标置于Cell之内，然后用命令 Input | Start New Cell Below 或 (Alt + Enter)，可在原有Cell 的后面自动生成一个相同类型的Cell，并带有相同的格式。 2-6-2 复制插入InputCell使用命令 Input | Copy Input From Above 或 (Ctrl+L)，可以复制上面几何距离最近的InputCell的内容。具体可分两种情形:第一种情形,鼠标指针不在任何Cell之内时，将在鼠标指针处生成一个新的InputCell，并复制全部内容。

18、图1- 9 复制插入InputCell的第一种情形第二种情，,鼠标指针在某个Cell之内时，将把最近InputCell的内容作为一个 “对象” 插入到鼠标指针处。此时可能出现文本排列变化，需作必要的编辑。图1- 10 复制插入InputCell的第二种情形2-6-3 复制插入OutputCell使用命令 Input | Copy Output From Above 或 (Ctrl+Shift+L)，可以复制上面几何距离最近的OutputCell的内容。 这时也会和复制插入InputCell相似，出现两种情形。图1- 11 复制插入OutputCell的两种情形 2-7. Cells的属性设置每

19、个Cell都可以设置多种不同的属性，实际上这些属性都是对部分文档具有保护作用的权限设置。可取设置值是5种属性的某种组合（5种属性的名称见图 中的级联菜单第一组）：图1- 12 Cells属性的设置命令3. Cell内容的录入编辑技术(文本录入和程序录入) 3-1 基本的键盘录入方法(适用于文、程两类Cell)3-1-1 拉丁字母的键入方法（如英文，汉语拼音）按照各个按键的键面上标注的符号，“击键即上屏”。因此，得俗称为“敲入”。3-1-2 汉字键入出现乱码的处理办法安装得当的Mathematica的各个界面都能完全支持汉字。可以像使用Word那样录入汉字。但也有时会发现，所安装的Mathema

20、tica不能完全支持汉字：这时汉字变成了不可认读的“方块伪汉字”！此时可以采用如下的解决办法（原理见第4章）：调出一个集成在Mathematica之下的Option Inspector。调出方法有二：. Edit | Preference 或 Format | Option Inspector （两个菜单命令作用相同）。在Option Inspector的全局层次（Global）中，单击FormattingOption | Font Options | GhracterEncoding 这一行右端的方钮，引出一个级联菜单。在其中选中CP936设置项，也就是把字符编码 GhracterEncod

21、ing设置为CP936。若想使用繁体汉字，就选设为“CP950”。从所调出的Option Inspector窗口来看，它的标题栏及其两端的图标和命令钮，具有应用程序窗口的特征，不是结构简单的对话框窗口。因此可以认为Option Inspector是一个集成在Mathematica之中的相对独立的软件。图1- 13 在全局层次（Global）中寻找设置项 GhracterEncoding图1- 14 把GhracterEncoding 设置值改为CP936然后单击右上角的应用钮（Apply），Notebook当中即可正常显示简体汉字。3-1-3 一维数学表达式的普通键入方法这里所用的方法与其它高

22、级语言相似。大体可以分成几种情形。1算术运算，依靠敲键盘图1- 15 算数运算，依靠敲键盘2乘方和开方，可依靠幂指数图1- 16 乘方和开方，可依靠幂指数3初等超越运算，依靠函数名（求幂运算例外）图1- 17 初等超越运算，主要依靠函数名3-1-4 希腊字母的键入方法希腊字符也可像一维数学表达式一样，既可以进入文本类Cell，也可进入InputCell。常用的录入希腊字母方法有两种： 1 对应拉丁字母前后加ESC键例如，把光标置入某个Cell中的插入位置，然后接连敲击键盘上的以下三个键子：Esc键-字符键p-Esc键，就能立即显现出相应的希腊字母（Pi）。若将中间的字符键换成b或g，得到的就是

23、（Beta）或（Gamma）。 2 捺杠方括号中写全名:把光标置入某个Cell中的插入位置，然后在键盘上接连敲击：Pi，Beta，Epsilon，Delta，就能得到对应的希腊字母。若想知道某个希腊字母英文全名：可以查看输入平台的BasicInput。图1- 18 希腊字母的两种录入方法3-1-5 程序函数的键盘录入要注意几点：1. 事先要确认，输入的Cell应当是InputCell（插入指示点确实在其中）；2. 键盘录入中，切记注意区分字母的大小写；软件固有的函数名首字母必须大写；3. 为了准确和有把握，最好退掉汉语输入法；4. 在InputCell当中，可以写入若干说明文字，但是为了不影响

24、程序命令的执行，说明文字要使用特殊符号做好标记，标记的格式是，(*)。标记中，两端的4个字符必须是英文字符，中间省略号位置的文本，拉丁字母、希腊字母和汉字都可以。5. 检验录入内容是否准确无误，简便方法就是执行这个InputCell。具体操作是，把光标置入该InputCell当中的任意一处，敲击组合键Shift+Enter或数字键区的Enter键。如果录入无误，会出现执行的结果；如果录入有错误，就会出现报错信息，要细读信息内容并作相应的修正。图1- 19 执行键盘录入的程序函数，观察返回信息 3-2 录入平台的使用为了录入数学表达式的方便，Mathematica5.0的Notebook提供有一

25、组录入平台，名称是Palette。使用比较简单，特别适于初学者。3-2-1 录入平台的调出和使用从File|Palettes开始，针对任务选调相应的录入板，点击相应的文本钮,其内容当即插入到Notebook中光标所在处。下面介绍最常用的几个录入板。3-2-2 录入特殊字母和符号用命令File|Palette|BasicTypesetting 调出的录入板的上部，就是包括全部希腊字母的特殊符号。:另外，在 File | Palettes 中的Complete Characters 录入板里，列举有所有的特殊字符，并且当光标指向某个字符时，在再录入板的最下一行能显示出该字符的英文名称。图1- 20

26、 录入板BasicTypesetting（左） 和Complete Characters（右）3-2-3 录入2D数学表达式用命令File|Palette|BasicInput或BasicCalculations 调出的录入板（用法类似Word的公式编辑器），可以用来录入数学运算符号、特殊字母以及数学函数名。 图1- 21 录入板BasicInput和BasicCalculations 3-2-4 录入程序函数用命令File|Palette|AlgebraicManipulation调出的录入板，可以录入常用的恒等变形函数。图1- 22 录入板AlgebraicManipulation 3-3

27、 用户自制录入平台的建立Mathematica 软件允许有湖建立自己的录入平台。比如，对于一个经常绘制图形和制作数学动画的用户来说，可以把绘图中常用的一些设置选项做成一个专门的录入板，使用起来就会很方便。下面，以此为例介绍自定义录入板的制作方法。操作步骤:1 在当前Notebook中建立一个表格：以菜单命令Input|Create Table/Matrix/Palette引出同名对话框。图1- 23 Create Table/Matrix/Palette对话框于其中上部第3行选定Make Palette，在第2组中键入行列数（10行两列），单击OK钮，生成一个“原始录入板”表格：图1- 24

28、生成原始录入板表格2 在表格的每个单元（占位穴）之中填写一份录入文本通常是录入频率很高的某些文本，键入或拷入皆可，为了使用时容易寻找也可以编辑成不同的颜色：图1- 25 在表格的每个占位穴中填写一份录入文本3 全选添好的表格，使用命令File|Generate Palette from Selection，完成录入板的雏形，生成一个无标题的对话框，表格的每个单元变成命令钮的形状：图1- 26 录入板的雏形4 关闭录入板雏形(单击右上角的叉形钮)，Mathematica将询问是否保存自制录入板，选答Save后，出现“另存为”话框，此时一定要给录入板雏形取定名称，存于目录Mathematica5.

29、0SystemFilesFrontEndPalettes之下，才成为完整的自制录入板。图1- 27 “另存为”话框完成上述操作以后，再次启动Mathematica时这个自定义的录入板就会出现在目录FilesPalettes之中，与固有录入板并列。用法也和固有录入板相同。按此方法，也可对已经自定义的录入板进行修改。 3-4 程序函数的智能补全（录入操作）使用Mathematica的过程中，常常需要录入相当数量的软件固有函数名称。有时可能会因为记忆不够准确而发生录入错误；即使记忆没错也难免键入时出现错误。对那些英语或英文打字不很过硬的用户来说，出现错误的概率就会更大。一旦出错，就不可能正常工作。设

30、计者们赋予Mathematica两项特殊功能，能很方便地防止错录。3-4-1 补全函数名的录入操作例如，想要录入一个绘制参数曲线图形的命令函数，可以只输入该函数名的前面几个字母（比如两个字母“Pa”），然后使用菜单命令Input|Complete Selection 或组合键命令 (Ctrl+K)。图1- 28 输入函数名的前面几个字母引出一个函数名称列表Command Completion，其中按字典顺序列有一批函数名。图1- 29 出现一个函数名称列表用鼠标对准打算录入的函数名称单击，就可完成函数名的录入。图1- 30 完成函数名的录入3-4-2 补全必备参数的录入操作Mathematic

31、a的每个命令函数都会有它相应的必备参数及其录入格式，这也是劳神记忆、容易出错的地方。遇有这种情况可以求助于软件的另一功能。例如，给ParametricPlot填写必备参数时，可以如下操作。首先把插入指示光标放在函数名之后。图1- 31 把插入指示光标放在函数名之后调用菜单命令Input|Make Templatetion 或组合键命令 (Ctrl+Shift+K)，软件就会自动填写出必备参数的标准格式。图1- 32 软件自动给出必备参数的标准格式做些必要的手工修改，就可以完成绘制参数曲线图形的命令的录入。图1- 33 完成绘制参数曲线图形的命令录入4局部选定内容的菜单命令排版这里所谈论的排版，是文字处理技术中的最基本的、也是最原始的排版技术操作。排版的操作对象，是手工选定的字、词、句、段（即Cell）、章（即Notebook）。