Введение к работе
Актуальность проблемы. Унификация п интеграция прикладного программного обеспечения - характерная черта современной компьютерной физики. Большое количество библиотек численных алгоритмов, систем компьютерной алгебры (СКА), графических пакетов, систем управления базами данных и т.д. свидетельствует о высоком уровне компьютеризации отдельных этапов физических исследований. Однако проблематичным остается совместное использование этих компонент в едином процессе научного исследования вследствие различия языков их реализации, структуры и ^представления данных.
Как одно из решений этой проблемы^ в ИФВЭ был предложен проект интеграции программного обеспечения для физических исследований в рамках системы INTERCOMP. Она должна включать в себя интерпретируемый язык высокого уровня, средства для численного анализа, символьных преобразований, доступа к базам данных, визуализации информации (графики), эффективного диалога и т.д. Ориентация системы на обработку физической информации позволяет контролировать ее объем, а эффективность взаимодействия ее подсистем обеспечивается единым языком реализации (FORTRAN), выбор которого продиктован тем, что многие численные библиотеки реализованы на этом языке. Кроме того, к началу работ по созданию интегрированного комплекса (конец 70-х годов) FORTRAN был одним из самых распространенных языков программирования, что обеспечивало системе высокую мобильность.
С другой стороны, этот выбор делал невозможным использование в качестве подсистемы аналитических вычислений доступных СКА REDUCE (язык реализации - LISP) и SCHOONSCHIP (COMPASS). Пакет SAC-1 (FORTRAN) не имел специальных средств решения задач физики высоких энергий. Тем не менее, для достижения функциональной полноты интегрированной системы в ее состав должна входить подсистема компьютерной алгебры.
бильную, легко расширяемую систему проведения аналитических выкладок в области физики высоких энергий с последующим ее включением в интегрированную систему INTERCOMP; обеспечить производительность СКА на уровне системы SCHOONSCHIP, а ее программно реализованные возможности сделать более широкими; разработать входной язык, дающий возможность использовать СКА в автономном режиме; разработать методику проведения аналитических выкладок в физике высоких энергий с помощью созданной системы К А.
На защиту выносятся следующие основные результаты, представляющие научную новизну и практическую ценность:
-
Разработка и реализация системы компьютерной алгебры НЕС AS (High Energy Computer Algebra System) для решения задач физики высоких энергий и смежных областей науки.
-
Создание специализированного языка управления преобразованием аналитических выражений на ЭВМ.
-
Реализация дуального (динамического - при хранении и статического - при обработке) представления выражений в памяти ЭВМ.
-
Реализация гибкого механизма управления выполнением подстановок с применением двух режимов их задания: однотабличного ("стандартного") и многотабличного.
-
Разработка и реализация алгоритмов преобразования аналитических выражений, характерных для задач физики высоких энергий:
а) алгоритма генерации полиномов большой длины, требующего
времени O(NlnN) и минимума дополнительной памяти;
б) алгоритма канонизации выражений, содержащих тензорные
объекты с "немыми" индексами;
в) алгоритма обработки структурных констант группы SU(3) -
распознавание "схем" свертки индексов и замена опознанных
комбинаций более простыми, эквивалентными выражениями.
6. Методика проведения выкладок на языке HECAS в задаче вычисле
ния сечений реакций 2—+3 в теории электрослабого взаимодействия.
Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались на III Всесоюзной конференции "Диалог человек -ЭВМ" [1], научном семинаре физического факультета МГУ "Символьные вычисления на ЭВМ", IV Международном совещании по аналитическим
Отдела математики и вычислительной техники и Отдела теоретической физики (ИФВЭ), Лаборатории вычислительной техники и автоматизации (ОИЯИ), в ЦЕРН'е, опубликованы в трудах Международного симпозиума по символьным и алгебраическим вычислениям ISSAC'91 [3] и работах [4,5,6]. В 1988 г. работа "Система аналитических вычислений НЕС AS" отмечена I премией на конкурсе научных работ ИФВЭ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы, включающего 191 работу. Общий объем диссертации 151 страница, включая 21 рисунок и 1 таблицу.
