2.8.4 تمثيل البيانات العلمية.

أداة GNU Plot لرسم الاقترانات الرياضية (اكتب 'gnuplot' في سطر الأوامر)، يعطيك البرنامج سطر أوامر تفاعلي، اكتب help للمساعدة، لرسم اقتران جيب الزاوية 'plot sin(x)'، لتحديد فترة المتغيّر إكس اكتب ما يشبه 'plot [x=-10:10] sin(x)'، تستطيع رسم أكثر من اقتران تفصل بينها فاصلة ',' مثلاً 'plot sin(x),x'. يمكن استعماله لرسم اقترانات ثلاثية الأبعاد في صورة 'z=f(x,y)', وذلك بكتابة 'splot f(x,y)' حيث f هو اقتران بدلالة x و y مثلاً اكتب 'splot 1/exp(x+y)'.
لدينا برنامج 'kmplot' الذي هو جزء من حزمة KDE التعليمية، لكن هناك ما هو أكثر تقدماً منه ويشبه GNU Plot في مزاياه مثل 'kmatplot' (باستخدام مكتبة QT للواجهات) الذي يوفر عدة أنواع من الرسومات الثنائية والثلاثية الأبعاد. إنه أسهل بكثير للمستخدمين الجدد من GNU Plot كما أن واجهته أجمل ويتحكم بها بالفأرة كما يمكن استدعاؤه من داخل Octave عبر وظائف تشبه القياسية لكنها تبدأ بحرف K مثل 'kplot' و 'kmesh'. هناك الكثير من البرامج الرسم البياني الأخرى الأقل شهرة مثل 'plotmtv' (ثنائي وثلاثي الأبعاد), و GNU 'plotutils' (ثنائي الأبعاد) و 'geg' (بواجهة GTK+ للرسم الثنائي البسيط).
برنامج KFract يرسم معادلات الشفق والمعادلات الكسورية Chaos/Fractals، يمكن لبرنامج GIMP كنوع من الفن عبر أحد الفلاتر. هناك برمجيات تمثل بيانات أكثر تعقيداً إلى مشاهد مثل 'mayavi' (بواجهة GTK+ جميلة) الذي ينتج ملفات: Post****** وصور PPM/BMP/TIFF/JPEG/PNG و ملفات Open Inventor و VRML و RenderMan RIB. برنامج OpenDX (أي IBM Visualization Data Explorer) هو الآخر (اسم الحزمة هو 'dx'). إذا لم يكن هذا التعقيد يكفيك جرب GRI (زر موقع http://gri.sf.net) الذي هو لغة للرسومات العلمية والرسوم التوضيحية بأسلوب شبيه بلغة TeX.

2.8.5 برمجيات التحليل الإحصائي.

لبرمجيات الإحصاء البسيطة جرب برمجيات الجداول الممتدة مثل Gnumeric (ارجع لفصل ' 2.3 برامج المكتب' حيث هناك صورة له). أشهر برمجية إحصائية مملوكة هي SPSS (أي الحزمة الإحصائية للعلوم الإجتماعية Statistical Package of the Social Sciences)، يوجد بديل حر هو PSPP (مع أنه لا يزال في بدايات تطويره إلا أنه يعمل). PSPP أداة إحصائية قوية لتحليل بيانات العينة.
أفضل برمجية إحصائية حرة هي GNU R وهي نسخة من نظام S الحائز على الجوائز الذي طوّر في مختبرات بيل Bell Laboratories. يدعم GNU R عدة هيئات للملفات منها Minitab و S و SAS و SPSS و Stata. يوفر العديد من التقنيات الإحصائية والرسومية مثل linear and nonlinear modelling و statistical tests و time series analysis و classification و clustering وغيرها. يمكن استعماله داخل Emacs عبر طور يسمى ess أو عبر واجهة رسومية بطريقة Tcl/Tk أو عبر واجهة رسومية بطريقة غنوم (اسم الحزمة 'r-gnome') وغيرها.

2.8.6 البرمجيات ذات الصلة بالكيمياء والأحياء.

ذكرنا بعض البرمجيات التعليمية في الكيمياء مثل الجدول الدوري للعناصر (كبرنامجي 'kalzium' و 'gperiodic') وربما حافظة الشاشة 'molecule' من بين حافظات GL للشاشة. في هذا البند سنقفز إلى أعماق الكيمياء عبر برمجيات تفيد الأبحاث. محررات البنية الكيميائية Chemical structure editors هي برامج لرسم المركبات والجزيئات (كما أدوات الرسم المتجهي العامة) بوضع الذرات وربطها بروابط ثم تخزين النتيجة في ملف. من أمثل ذلك برنامج Chemtool الذي هو تطبيق ثنائي الأبعاد بواجهة GTK+ جميلة، يمكنه تصدير البنية إلى عدد قليل من الهيئات الخاصة بالكيمياء هي Brookhaven Protein Databank (PDB) و Mol file format من Molecular Design Limited، إلى جانب الصيغ العامة للرسومات المتجهية مثل SVG و XFig و PiCTeX أو حتى الرسومات النقطية أو ملفات الطباعة Post******. إذا كانت برمجية معينة لا تدعم الصيغة المتوفرة لديك هناك أدوات لتحويل ومعالجتها منها 'openbabel' الذي يتعامل مع Tripos' Alchemy و ChemDraw و CML و GAMESS و Gaussian و HyperChem و MDL Isis و Molfile و MOPAC و MPQC و PDB و SMILES وصيغة XMol XYZ من مركز حاسوب Minnesota العملاق (اختصاراًMSC). برنامج 'readseq' شبيه بذلك حيث يقرأ ويكتب سلاسل الحمض النووي nucleic أو سلاسل البروتينيات protein (علم الأحياء) بعدة هيئات كما يعرف نوع المدخلات تلقائياً. هناك بعض البرمجيات تخرج render هذه الملفات إلى صورة ثلاثية الأبعاد أو صور فيديو متحركة لأغراض التعليم أو توليد صور عالية الجودة لنشر الأوراق العلمية. منها برنامج 'rasmol' (انظر 'http://klaatu.oit.umass.edu/microbio/rasmol/') عدة أنواع للملفات منها PDB و Alchemy وهيئات Sybyl Mol2 و Mol من MDL و XYZ، يعمل على الجزيئات البسيطة أو البروتينات المعقدة والأحماض النووية. بعض البرمجيات تركز على هيئة واحدة مثل 'garlic' الذي يمثل المركبات الحيوية وبروتينات الأغشية بهيئة PDB (الإصدار 2.1)، وبرنامج 'xmakemol-gl' الذي يعمل بهيئة XYZ. برنامج 'xbs' يولد نماذج الكرة والعصي ثلاثية الأبعاد على شكل صور أو صور متحركة. بعض التطبيقات تستخدم لتحرير والتمثيل معاً مثل 'viewmol' الذي يولد صور فيديو بهيئة MPEG. أنا لا أعلم شيئاً عن ChemDraw إلا أن 'xdrawchem' هو بديله الحر بواجهة QT جميلة.
بعض البرمجيات تعطيك خصائص الجزيئات الكيميائية (إذا علم تركيبها) مثل برنامج The Massively Parallel Quantum Chemistry (اسم الحزمة 'mpqc') الذي يستخدم طريقة ab-initio. كل هذه البرمجيات مفيدة لدراسة الأحياء أيضاً، ولكن هناك برمجية متخصص اسمه Basic Local Alignment Search Tool (اسم الحزمة 'blast2') من NCBI الذي به قاعدة بيانات غنية للنيوكليتيدات nucleotide أو السلاسل البرتينية، منها الأداة 'blastall' يبحث عن ما يطابق سلسلة معطاه داخل هذه القاعدة ويقدم ملخص.

2.8.7 ريادة الفضاء والخرائط.

إلى جانب Kstars لدينا الكثير من خرائط النجوم مثل 'starplot' (بواجهة GTK+) و 'spacechart' (عارض لخرائط النجوم وملاح فيها). بعض برمجيات الفلك التعليمية الأخرى تسمح للمستخدم القيام برحلة ثلاثية الأبعاد داخل النظام الشمسي ليزور الكواكب والأقمار الأساسية منها الكون المفتوح OpenUniverse (تختصر OU زر موقع www.openuniverse.org و 'ssystem'.
يعرض برنامج Kworldclock (جزء من KDE) الوقت لأهم المدن العالمية على خارطة للعالم مضاءة تبعاً للوقت هناك. يعرض SunClock (من http://frmas.free.fr/li_1.htm) ساعة جميلة تعرض الوقت والمعلومات الجغرافية بطريقة مشابهة. في غنوم هناك 'gworldclock' لنفس الغاية. برنامجي 'kmoon' (جزء من KDE) و 'glunarclock' (يضاف إلى غنوم) يعرض الساعة القمرية التي تعرض الطور الحالي للقمر طبعاً بالإضافة إلى طور calender في Emacs. برنامج XPlanet (زر http://xplanet.sf.net) يخرج صورة للأرض على النافذة الجذر في إكس (أي خلفية سطح المكتب) وفق عدة نظم اسقاط projection systems، يمكنه رسم كل الكواكب الرئيسية وأغلب الأقمار الصناعية.
هناك برنامج تحديد مواقع الأقمار الصناعية اسمه Seesat5 وفق خوارزمية NORAD sgp4، يوفر فلاتر ليشمل تقريره فقط تلك التي ربما يمكن مشاهدتها فعلياً. برنامج نظام الملاحة GpsDrive يعرض (أو يخبرك قولاً إن كان "festival" موجوداً) موقعك الحالي الذي يحسبه من مدخلات عبر وصلة NMEA capable لجهاز مستقبل GPS، وذلك على خارطة يمكن تقريبها وتصغيرها يتم انتقاؤها تلقائياً تبعاً للموقع والمقياس المفضل.
يعرض برنامج XTide (انظر www.flaterco.com/xtide/) التوقع الحالي للمد البحري (باستخدام خوارزمية دقيقة من المركز الوطني الأمريكي لخدمات المحيط National Ocean Service) بعدة طرق: صور توضيحية أو لائحة نصية أو تقويم تولد مسبقاً أو على شكل ساعة على سطح المكتب.
من بين أهم نظم المعلومات الجغرافية Geographic Information System (تختصر GIS) نظام GRASS أي النظام المساند لتحليل المصادر الجغرافية Geographic Resources Analysis Support System يستخدم من أجل إدارة البيانات ومعالجة الصور وإنتاج الرسوم و عمل نماذج spatial modeling والتمثيل البياني لأنواع المختلفة من البيانات. كتبه في الأصل مختبر أبحاث هندسية بناء الجيش الأمريكي U.S. Army Construction Engineering Research Laboratories (تختصر USA-CERL) واستعملت في عدة دوائر أكاديمية وتجارية وحكومية بما فيها وكالة الفضاء الأمريكية NASA و NOAA و USDA و خدمة الحدائق الوطنية و the National Park Service و ومكتب التعداد السكاني الأمريكي the U.S. Census Bureau و USGS.
لرسم خرائط مخصصة نستعمل Drawmap مثل الخرائط الطبوغرافية وخرائط الإغاثة (مع أو دون الطرق والجداول وأسماء الأماكن وغيرها) يأخذ المدخلات على شكل ملفات بهيئة USGS و DEM (أي the Digital Elevation Model) و DLG (أي Digital Line Graph) وهيئات GNIS (أي Geographic Names Information System) و SDTS و NAD-83 و WGS-84 و GTOPO30.
ترسم الخرائط بإسقاط النقاط على مستوى الخريطة بواسطة اقتران، يقدم برنامج 'proj' (زر موقع www.remotesensing.org/proj) أكثر من 100 مسقط كل واحد بإتجاهين (أمامي وعكس) لتحويل البيانات الجغرافية إلى ديكارتية. يحتوي برنامج أدوات The Generic Mapping Tools (يختصر GMT التي تعني في سياق آخر توقيت غرينتش Greenwich Mean Time) مجموعة من 60 أداة لمعالجة نقاط (x,y) و (x,y,z) (فلترةً وإسقاطاً ...إلخ) لإنتاج ملف EPS يمكن طباعته، يدعم أكثر من 25 مسقط للخرائط ويأتي ببيانات مساندة مثل الشواطئ والأنهار والحدود السياسية.

2.8.8 برمجيات الإلكترونيات.


هناك العديد من البرمجيات لتصميم الدوائر الإلكترونية الرقمية والتشابهية analoge، بعضها مجرد رسم وبعضها توفر محكاة للدارة من أجل اختبارها:
  • Electric - برنامج تصميم إلكتروني electrical CAD يتعامل مع الكثير من هيئات تصميم الدوائر بما فيها الدوائر المتكاملة المخصصة custom IC layout (أي ASICs) و الرسوم التخطيطية schematic drawing ولغات وصف محددات العتاد hardware de******ion language specifications وهيئة electro-mechanical hybrid layout.
  • gEDA - The GNU EDA من غنو (زر http://geda.seul.org/) للتصميم الإلكتروني (الأمثلة تجدها في حزمة 'geda-examples').
  • GnuCAP - حزمة تحليل الدوائر من غنو The GNU Circuit Analysis Package وهو برنامج محاكاة نصي (تفاعلي أو كخادم للواجهات GUIs) قادر على التحليلات التالية: nonlinear dc and transient analysis و Fourier analysis و ac analysis linearized at an operating point.
  • KLogic - محرر ومحاكي الدوائر الرقمية في KDE.
  • 'pcb' - برنامج تصميم الدوائر المطبوعة Printed Circuit Board Design، أداة رسومية سهلة الاستعمال كتبت لتصميم الدوائر المطبوعة.
  • 'xcircuit' - برنامج رسم خصيصاً للدوائر (مجرد رسم).
  • 'chipmunk-log' - برامج ضخم لتحرير الدوائر وبيئة لمحاكاتها. بها أدوات للمحاكاة الرقمية (أداة LOG)، التشابهية (أداة AnaLOG)وتوليد الشبكات (أداة LOGNTK) و الرسم (أداة LPLOT).
  • TkGate (زر http://www-2.cs.cmu.edu/~hansen/tkgate/) - محرر ومحاكي رسومي للدوائر الرقمية (بواجهة Tcl/Tk GUI). يدعم الكثير من العناصر الأساسية إلى جانب وحدات يضيفها المستخدم في تصميم هرمي. تأتي مع شرح والكثير من الأمثلة (بما فيها وحدة معالجة مركزية CPU مبسطة) عبر قائمة Help.
  • GAEL - الإلكترونيات بمساعدة غنوم The Gnome Assisted Electronics (زر http://gael.sourceforge.net
  • NG-SPICE http://ngspice.sourceforge.net

المخرجات التي تولدها المحاكاة يمكن عرضها بالبرمجيات التالية:
  • gtkwave - عرض ملفات تغيّر القيمة Value Change Dump files التي تولدها برمجيات المحاكاة الرقمية.
  • gwave - عارض مخرجات المحاكيات الشبيه بنظام SPICE وعرض البيانات التشابهية.
  • gerbv - عارض لملفات Gerber الخاص بالدوائر المطبوعة Printed Circuit Board (تختصر PCB) المستخدم في التواصل مع المصنعين.


2.8.9 أنظمة التصميم الهندسي.

هناك العديد من برمجيات CAD أي التصميم بمساعدة الحاسوب وCAM أي التصنيع بمساعدة الحاسوب Computer Aided Manufacturing وCAE أي الهندسة بمساعدة الحاسوب Computer Aided Engineering لنظام غنو/لينكس مثل QCAD (برنامج CAD خفيف مبسط بواجهة QT جميلة ويدعم بناء رسومات ثنائية الأبعاد ويدعم هيئة AutoCAD DXF) و dcad و varkon و tomcad و thancad و http://lignumcad.sourceforge.net و giram و jcad (java) و freeEngineer و opencascade و pythoncad (ولكن كلمة CAD تعني Computer Aided Dispatch/Drafting). لست مهندساً وهذا البند مجرد مسودة.

2.8.10 برمجيات النشر العلمي.

هناك العديد من التطبيقات لعمل الأشكال figures والرسوم التوضيحية diarams والمخططات charts العلمية منها برنامج Dia الذي يصمم الرسوم في الكثير من المجالات مثل مخطط سير العمليات flowcharts وشبكات الحاسوب computer network وحتى الدوائر الرقمية. برنامجي Kivio و KChart وهما جزء من طقم مكتب KOffice لغرض مشابه. كما يمكن استعمال برمجيات الرسم المتجهي ارجع إلى فصل '2.5 برامج التصميم'. هناك برامج قديم لإكس اسمه XFig (انظر موقعي 'www.xfig.org' و 'www-epb.lbl.gov/xfig/') كان شائعاً لعرض رسومات XFig المتجهية ورسمها، هناك حزمة اسمها xfig-libs تحتوي على مكتبة من الرسومات clipart له.
يستخدم غنو/لينكس بشكل واسع في الأبحاث لأكثير من جامعة ومخبر، كما أنه يستخدم لتوليد التقارير والأوراق publications لها، بطريقة مؤتمتة أقتبس من شرح حزمة Diploma: "يستخدم ديبيان غنو/لينكس Debian GNU/Linux في الكثير من الجامعات للقيام بالأبحاث وكتابة الأوراق العلمية بواسطة LaTeX" تحتوي تلك الحزمة على أمثلة على كيفية تحويل البيانات والقياسات تعالج ثم كيفية تحويل النتائج إلى أشكال رائعة. أكثر برمجيات النشر العلمي تتبع أسلوب تري ما تعني WYSIWYM (وليس تحصل على ما ترى WYSIWYG) حيث تصف ماذا تعني ولا تصف المظهر ويقوم البرنامج باختيار المظهر المناسب تبعاً للوسيط المستخدم في عرض المخرجات (من بين غيرها). أهم نظام ترى ما تعني هو لغة DocBook XML لكنها لم تصمم للتطبيقات العلمية، في حين أن لغة LaTaX (زر www.LaTeX-Project.org) صممت لمثل هذا الغرض، مصنفها يوجد في حزمة teTeX، نسمي الوثائق بهذه الهيئة ملفات TeX files (وتأخذ اللاحقة .tex). يمكن كتابتها يدوياً بأي محرر نصوص أو ببعض المساعدة من طور في Emacs مثل YaTeX (انظر www.yatex.org) الذي يسهل الكتابة اليدوية لها. هناك بيئة رسومية له اسمها Kile (وهو جزء من KDE). وهناك بعض الواجهات الرسومية لكتابة ملفات TeX بنفس بساطة العمل في معالجات النصوص word processors في حزم المكتب التقليدية ولكن مع المزيد من القوة، تسمى هذه التطبيقات معالجات الوثائق ******** processors ومنها LyX (انظر www.LyX.org). هناك تطبيق آخر للغة TeX هو TeXPower وهو حزمة من الأساليب والصنوف لعمل عرض شرائح ديناميكي dynamic online presentations باستعمال LaTeX. أدلة استخدام نظام غنو الآنية online (غير المطبوعة) تكون على صورة صفحات المعلومات Info pages التي نولدها من ملفات Texinfo files (ذات لاحقة .texi)، صممت Textinfo لتستخدم في إنتاج وثائق مطبوعة عالية الجودة (بهيئة Post****** أو PDF) أو ملفات المساعدة الآنية (بهيئةInfo أو HTML)