Die zweitschönste Nebensache der Welt

Das Zeichnen von Niveaulinien sind nur eine Möglichkeit, den Graphen einer reellen Funktion in zwei Veränderlichen zu visualisieren. Beeindruckender, aber schwieriger zu erstellen, sind hierfür Oberflächendiagramme. Auch diese sind mit Graphpak einfach und schnell zu erstellen, allerdings nicht ganz so einfach wie zweidimensionale Plotts.

SURFACE heißt der Graphpak-Retter in der Not, sich dreidimensionale Graphen zu veranschaulichen:

'' SURFACE(0 TO 1,0.01)∘.F 0 TO 1,0.01

Ein wenig mehr Arbeit als für das Niveaulinien-Diagramm muss man in die Beschriftung der Achsen investieren:

50 100 SLBLX 0.5 1

50 100 SLBLY⌽0 0.5

Schön wäre es an dieser Stelle, ein wenig Interaktivität einführen zu können: Klick auf das Diagramm, um es dann per Ziehen mit der Maus um eine beliebige Achse zu drehen. Betrachtet man die Geschichte der Entwicklung von Graphpak, versteht man, warum dies wohl ein Traum bleiben wird.

Werden mehr als einmal Niveaulinien für Funktionen erstellt, empfiehlt sich die beschriebene Sequenz von APL2-Anweisungen in einem Operator zu verewigen. Als Operand dient die zu plottende Funktion, in der Regel also eine dyadische Funktion mit numerischen Argumenten und numerischem explizitem Ergebnis.

Damit hätten wir folgende Anweisungen zum Zeichnen der Linien für die Höhen c der Funktion f: x (c NIVEAU f) y oder (c NIVEAU f) x y oder (c NIVEAU f) x für x=y.

Im Operator selbst stecken neben Zeilen zum Verständnis der Argumente der abgeleiteten Funktion nur noch die bereits beschiebenen Statements für die Konturen und der beschrifteten Achsen.

Das vereinfacht die Erstellung dieser Höhenlinien doch erheblich:

c←0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.140625

(c NIVEAU f) 0 TO 1, 0.01  

 

Allerdings sind diese zwei Zeilen nicht vollständig für die Linien in nebenstehendem Diagramm verantwortlich. Mit SPLOT habe ich noch die beiden blauen Linien eingezeichnet. SPLOT ist PLOT mit linkem Argument, und dies ist in diesem Fall unverzichtbar:

Einfache Liniendiagramme, die Erstellung von Graphen für Funktionen in einer reellen Variablen, sind mit Graphpak mehr als trivial. Ein oder zwei Zeilen, und schon sehe ich den Funktionsverlauf, so kompliziert die Funktion auch sein mag.

Die Darstellung von Funktionsfolgen ist kaum schwieriger:

x←¯10 to 10,0.1

PLOT x,⊃[1](⍳n)s¨⊂x

Das ist alles.

Bis hier braucht man kein Handbuch, für das Folgende ist die Konsultation des Graphpak Users's zu empfehlen: Der Visualisierung von reellen Funktionen in zwei Veränderlichen auf dem ebenen Bildschirm.

Da wäre als erste Darstellungsform das Höhenlinien- oder Niveaudiagramm, in Software gegossen als Graphpak-Funktion CONTOUR. Um die Konturen auf den Höhen -2,-1,0,1,2 für die Funktion f(x,y) zu zeichnen, gehe man wie folgt vor:

x←y←¯5 to 5,0.1

m←(x BY y) OF x∘.f y

m[1;1]←1

¯2 ¯1 0 1 2 CONTOUR m

AXES

LABEL

Zwei Nieveaulinien "fehlen". Warum wohl?

Mit einer anderen (mathematischen) Funktion kommen auch diese zum Zuge. Mit ein wenig mehr Arbeit lassen sich die Höhenlinien unterschiedlich einfärben: Variable pa setzen und CONTOUR mit jeweils einem Niveau im linken Argument aufrufen. Keine Sorge, dass passt solange svp unverändert bleibt.

Für welches f(x,y) sind das wohl die Niveaulinien?

Tatsächlich wurde auch schon vor mehr als 30 Jahren richtig gute Software gemacht. Ausnahmsweise meine ich nicht APL, denn das wurde letztes Jahr sogar 40.

Nein, es ist Graphpak, eine Sammlung von APL-Funktionen für die Erstellung von Grafiken. Damit habe ich erstmals 1983 mit VSAPL auf einem IBM-Mainframe einige Balkendiagramme erstellt.

Viel später habe ich einige Fingerübungen mit Graphpak zur Darstellung von mehr oder weniger komplizierten mathematischen Fragestellungen unternommen. Ein wenig Animation beim Nachstellen von Fußballspielen war auch dabei. Aber für diesen Zweck erschien mir die Nutzung von Graphpak wie mit Kanonen auf Spatzen geschossen.

"Business Grafiken" werden heute kaum noch mit APL2 und Graphpak erstellt. Mir fällt spontan zumindest kein Anwendungsfall ein. Dies ist heute Aufgabe von Business Intelligence Software, aber vor allem und leider von Excel.

Trotzdem habe ich in den vergangenen Monaten die Kombination von APL2 mit Graphpak schätzen, wenn nicht sogar lieben gelernt. Gerade bei der Darstellung mathematischer Sachverhalte, wie z.B. von Funktionsverläufe im Reellen oder Komplexen, ist dieses Team für mich unschlagbar. Funktionen einer oder mehrerer Veränderlichen sind im Handumdrehen mit APL dem Computer nahe gebracht, mit PLOT kann man den Graphen dieser Funktion umgehend visualisieren:

x←¯10 to 10,0.1

PLOT x,[1.5] f x

Das war's schon.

Keine Angst vor der Übergabe großer Variablen als Argument einer Funktion! Es ist nämlich nicht so, dass sich nach Aktivierung der Funktion der Inhalt des Arguments gleich zweimal im Arbeitsspeicher ausbreitet. Statt eine Kopie anzulegen speichert APL nur einen Pointer.

Das spart Platz, aber nur solange bis in der aufgerufenen Funktion das Argument selbst modifiziert wird. Selbst die kleinsten Änderung (z.B. (↑Arg)←0 ) bewirkt eine umgehende Erstellung einer Kopie der ursprünglichen Variablen.

Das Gleiche gilt für ganz einfache Zuweisungen der Form C←B, selbst wenn B bereits nur einen Pointer zu A darstellt. Und was passiert nun mit dieser verpointerten Kette, wenn A bzw. B modifiziert wird?