Розробки програмного засобу для роботи з комплексними числами (ID:1049133)

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ ООП - Об'єктно-орієнтоване програмування. GUI - Графічний інтерфейс користувача. JSON - JavaScript Object Notation. WPF - Windows Presentation Foundation. API - Інтерфейс програмування застосунків. IDE - Інтегроване середовище розробки. SKL - Сервіс штучного інтелекту на основі моделей мовлення GPT. UI - Інтерфейс користувача. ВСТУП Актуальність дослідження визначається постійним підвищенням інтересу до обчислювальної техніки та програмного забезпечення. Однією з важливих галузей цього напряму є робота з комплексними числами. Комплексні числа знаходять широке застосування в наукових, інженерних та інших областях, включаючи обробку сигналів, аналіз керованих систем, електротехніку та інші. Завдання дослідження. Головною метою даного проекту є створення програмного засобу, призначеного для роботи з комплексними числами. Задачі проекту включають в себе: • Розробка класу для представлення комплексних чисел: Визначення структури та методів для зручного представлення та виконання операцій над комплексними числами. • Реалізація операцій складання, віднімання і множення: Розробка функціоналу для виконання базових арифметичних операцій з комплексними числами. • Створення користувацького інтерфейсу: Розробка графічного інтерфейсу користувача для зручного введення даних та візуалізації результатів. • Інтеграція з історією обчислень: Розробка засобів для зберігання та відображення історії проведених обчислень з комплексними числами. • Взаємодія з іншими сервісами: Додавання можливості взаємодії з сервісами штучного інтелекту, наприклад, отримання результатів на основі запитань. Засоби реалізації завдань проектування. Розробка програмного засобу виконувалася за допомогою мови програмування C# та технології Windows Presentation Foundation (WPF). Використання цих інструментів дозволяє створювати зручний та інтуїтивний інтерфейс, а також ефективно реалізовувати функціональність роботи з комплексними числами та історією обчислень.   РОЗДІЛ 1 ОПИС ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ І ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ 1.1 Розгорнутий опис предметної області Комплексні числа входять до численних математичних та інженерних областей застосування і визначаються уявною одиницею i, де i2 = -1. Такий підхід дозволяє включати уявні та реальні числа в однорідний математичний формат. Одним із ключових аспектів використання комплексних чисел є їхнє застосування у різних областях, таких як фізика, інженерія, обчислювальна математика, сигнальна обробка та інші. Зокрема, комплексні числа широко використовуються у фізичних обчисленнях, де вони надають зручний та ефективний спосіб моделювання різноманітних фізичних явищ. Створення та використання класу для представлення комплексних чисел в програмному забезпеченні є важливим завданням для тих, хто працює у галузях, пов'язаних з математичним моделюванням, обробкою сигналів чи чисельними методами. Реалізація операцій додавання, віднімання і множення для комплексних чисел надає зручний інструмент для обчислень, які включають у себе різноманітні області від наукових досліджень до розробки програмного забезпечення. У даній курсовій роботі ми плануємо створити докладний клас для роботи з комплексними числами в мові програмування C#. Наша робота включатиме не лише реалізацію базових операцій, а й розробку додаткової програми для інтерактивного взаємодії з класом. Такий підхід дозволить нам не лише тестувати та валідувати роботу класу, але й продемонструє його практичне використання у випадках реальних задач. 1.2 Вихідні дані за варіантом завдання У даному варіанті завдання ми створюємо програмний клас для представлення комплексних чисел та реалізовуємо базові операції з ними. Клас ComplexNumber має дві властивості: Real (реальна частина) та Imaginary (уявна частина). Об'єкти цього класу представляють собою комплексні числа у вигляді a + bi, де a та b - це дійсні числа. Вихідні дані при виклику операцій над комплексними числами подаються у вигляді нового об'єкта ComplexNumber, що представляє результат відповідної операції. Для операцій додавання, віднімання та множення використовуються стандартні математичні правила. Програма, що використовує цей клас, може працювати в інтерактивному режимі, пропонуючи користувачеві обирати тип операції та вводити необхідні дані (реальні та уявні частини комплексних чисел). Результат обчислення виводиться на вікно програми. 1.3 Набір функцій, які повинна вирішувати система Система, яку ми розробляємо, включає в себе набір функцій, що спрямовані на роботу з комплексними числами та демонстрацію їхнього використання. Основні функції системи включають: 1. Представлення комплексних чисел: • Створення об'єктів класу ComplexNumber для представлення комплексних чисел з заданими реальними та уявними частинами. 2. Операції з комплексними числами: • Додавання: Виконання операції додавання двох комплексних чисел та отримання результату. • Віднімання: Виконання операції віднімання двох комплексних чисел та отримання результату. • Множення: Виконання операції множення двох комплексних чисел та отримання результату. • Ділення: Виконання операції ділення двох комплексних чисел та отримання результату. 3. Вивід результатів: • Відображення результатів операцій у зручному для користувача форматі. 4. Інтерактивне меню: • Створення інтерактивного меню, що дозволяє користувачеві вибирати операції та вводити дані для їх виконання. 5. Можливість взаємодії з користувачем: • Забезпечення можливості введення реальних та уявних частин комплексних чисел з клавіатури. 6. Ведення історії обчислень: • Збереження результатів операцій у вигляді об'єктів CalculationHistoryItem для подальшого використання та відображення користувачеві. Цей набір функцій дозволяє створити систему, яка не лише вирішує основні задачі з операціями комплексних чисел, але і забезпечує комфортне та інтуїтивно зрозумілу взаємодію з користувачем. 1.4 Засоби проектування та програмні засоби В роботі використовується мова програмування C#, яка є ключовою для реалізації функціоналу системи. C# надає можливість створювати об'єктно-орієнтовані програми та ефективно взаємодіяти з іншими технологіями платформи .NET. Для написання та редагування програмного коду використовується середовище розробки Visual Studio. Це інтегроване середовище, яке надає інструменти для зручної роботи з кодом, включаючи відладку та автоматичне доповнення коду. Графічний інтерфейс користувача реалізовано за допомогою Windows Presentation Foundation (WPF). Цей інструментарій дозволяє створювати стильні та ефективні вікна, кнопки та інші елементи інтерфейсу, що сприяє поліпшенню взаємодії з користувачем. Для збереження та завантаження історії обчислень використовується формат JSON. JSON є легким та зручним для використання форматом обміну даними, що забезпечує зручність читання та зберігання структури даних. Для отримання порад та підказок з програмування та створення текстових описів використовується OpenAI GPT-3.5. Цей мовний моделювальник відображається як потужний інструмент для генерації тексту та надання корисних вказівок. РОЗДІЛ 2 АНАЛІЗ І ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ 2.1 Опис системи за об'єктно-орієнтованим підходом У даному проекті застосовується об'єктно-орієнтований підхід для побудови системи обробки комплексних чисел. Основні класи системи включають MainWindow, CalculationHistoryItem, та ComplexNumber. Клас MainWindow є головним вікном програми та взаємодіє з користувачем через графічний інтерфейс користувача (GUI). Вікно включає елементи для введення комплексних чисел, вибору операції, кнопки для виконання обчислень, відображення результату та історії обчислень. Також виводиться інтерфейс для взаємодії з зовнішнім API OpenAI для отримання текстових результатів. Клас ComplexNumber представляє комплексне число та має методи для виконання операцій додавання, віднімання, множення та ділення над комплексними числами. Екземпляри цього класу використовуються для представлення та обчислення комплексних чисел у системі. Клас CalculationHistoryItem використовується для збереження історії обчислень. Кожен елемент історії містить вхідні операнди, операцію, результат та інші необхідні дані. Об'єкти цього класу використовуються для відображення історії обчислень у головному вікні та забезпечують зручний доступ до даних для виведення на інтерфейс користувача. HistoryFileManager є допоміжним класом для зберігання та завантаження історії обчислень в файлову систему. Використовується для забезпечення постійного зберігання та відновлення історії обчислень при перезапуску програми. Об'єктно-орієнтований підхід дозволяє ефективно моделювати структуру системи та забезпечує легке розширення та зміну коду, роблячи його більш читабельним та обслуговуваним.