برمجيات علمية مجانية تغنيك عن مثيلاتها المدفوعة
بقلم/ عمار كرد
لا تقتصر الدراسة في الزمن المعاصر على معرفة المعادلات وتطبيقها وإعادة استذكار المعلومات ثم ترديدها مجدداً عند الحاجة، فقد أصبحت القدرة على استخدام التقنية في وصف المعادلات والقدرة على استخدام الحاسب في بناء نماذج تصف ظواهر طبيعية أو أنظمة بشرية واحدة من أهم ميزات دراسة العلوم في هذا العصر.
رغم أن الفئة المستهدفة في الغالب لهذه البرمجيات هم الطلاب الجامعيون ولكن هذا لا يمنع أن نحاول تقديم هذه البرمجيات لطلاب الثانوية في مساق العلوم.
تستخدم برمجيات مماثلة في كثير من المساقات الجامعية، ولعل أبرز البرمجيات المستخدمة هي برمجية ماتلاب الغنية عن التعريف. ولكن في هذا المقال سأقوم بتقديم برمجيات بديلة مجانية ومفتوحة المصدر للبرمجيات المدفوعة المشابهة، وما أتمناه هو تعريف الطلاب بما هو موجود ومتاح لهم وما يمكن لهم القيام به باستخدام هذه الأدوات المجانية، وأقصى ما أتمناه هو إثارة اهتمام طلاب المساق العلمي في الثانوية بهذه البرمجيات.
أبرز برمجيات علمية مجانية
ماكسيما Maxima
برمجية ماكسيما المجانية متخصصة في معالجة التعابير الرياضية سواءاً العددية أو الرمزية وتمثيلها بيانياً، وتتميز بسهولة الاستخدام نسبياً والقدرة على التعامل مع التعابير الرياضية رمزياً، وهي البديل المجاني الافضل لبرمجيات مثل ماثماتيكا ومابل.
وهذه البرمجية ليست جديدة، فقد بدأ العمل عليها في معهد ماساتشوستس للتقنية في نهاية العام 1960 بمسمى (Macsyma) ليتم مشاركة الكود المصدري للبرمجية في العام 1998 بالمسمى الحالي (Maxima) لتصبح البرمجية مجانية وفي متناول الجميع.
يمكن القيام بالعديد من الأمور باستخدام هذه البرمجية وخاصة في دراسة وفهم الرياضيات وتمثيل المعادلات، ولكن بناء نماذج ومحاكاة لبيئات وأنظمة متكاملة تتطلب برمجيات تتضمن بيئة برمجية مضمنه وقدرة أكبر على المعالجة الرقمية. هذه التطبيقات أكثر شيوعاً في دراسة الهندسة والعلوم التطبيقية وهذا السبب نفسه هو ما أكسب برمجية ماتلاب شهرة واسعة، ولكن هذا لا يعني عدم وجود برمجيات مجانية تنافس ماتلاب في هذا الصدد.
ويعتبر ماكسيما برمجية متكاملة لحل ولتمثيل وللتعامل مع المعادلات الجبرية ومن الأدوات المتاحة القدرة على القيام بالتكامل والتفاضل وحل المعادلات التفاضلية العادية والتعامل مع المصفوفات والأعداد المركبة وتبسيط التعابير الرياضية ورسم المنحنيات ثنائية وثلاثية البعد وحل تحويلات لابلاس ومتسلسة فورييه وغيرها الكثير من الأدوات للتعامل مع تعابير رياضية متنوعة.
توجد الكثير من المصادر لتعلم ماكسيما ولكنها باللغة الإنجليزية وأهمها هو دليل الاستخدام، إذ تحتوي صفحة المراجع في الموقع الرسمي للبرنامج على عدد من هذه المراجع، ولا تحتوي النسخة العربية من صفحة المراجع سوى على مقال وحيد كنت قد قمت بكتابته في وقت سابق ولكنه ليس مرجعاً شاملاً، على أمل أن يقوم المزيد من المتطوعين العرب في المساهمة بترجمة المزيد من المحتوى فيما يخص هذه البرمجية الرائعة مستقبلاً.
أوكتاف بدأ كبرنامج مرافق لكتاب عن تصميم المفاعلات الكيميائية لجيمس ب. رولينج في العام 1988، ولكنه اليوم يعتبر من أهم البرمجيات البديلة لماتلاب وتميز بقدرته على تنفيذ الأكواد المكتوبة لماتلاب إلى حد كبير ويدعم عدد كبير من الدوال لمحاكاة العديد من الأنظمة، ويعتبر أوكتاف لغة برمجة متكاملة للتعامل مع الحسابات العددية.
بالإمكان استخدامه لعمل نماذج رياضية للعديد من الظواهر الطبيعية والانظمة البشرية الخطية وغير الخطية والتعامل مع المصفوفات والتحليل الإحصائي، وقد تم استخدامه في الدورة المشهورة عن التعلم الآلي Machine Learning من جامعة ستانفورد علىمنصة كورسيرا.
أكثر ما يميز أوكتاف احتوائه على العديد من الدوال التي تمكنك القيام بالعديد من العمليات الرياضية وكتابة واختبار الخوارزميات على الميديا من صوت وصورة وفيديو، وكتابة أكواد بلغة بسيطة للتعامل مع المصفوفات وبناء نماذج في العديد من مجالات العلوم والهندسة، كل ماسبق يكفي لوضع أوكتاف ضمن أي قائمة لأفضل برمجيات علمية مجانية.
يتوفر أوكتاف بشكل مجاني على عدد من أنظمة التشغيل عبر الموقع الرسمي، أما فيما يتعلق بدراسة كيفية تشغيل البرنامج يوجد دليل تشغيل في الموقع الرسمي باللغة الإنجليزية كما يوجد صفحة خاصة بالبرنامج في ويكي الكتب، وكل المصادر التي وجدتها تتطلب دراية باللغة الإنجليزية.
تأتي تسمية هذه البرمجية من نحت للكلمتين الإنجليزيتين ساينس (Science) وتعني العلم وكلمة لاب (Lab) والتي تعني مختبر. هذه البرمجية تُعنى بالتحليل العددي ولها لغة برمجة خاصة بها، وتستخدم في معالجة الإشارات وبناء نماذج إحصائية ومعالجة الصور ومعالجة الأنظمة التحريكية (الديناميكية) والموائع.
بينما تتطابق لغة أوكتاف مع تلك التي تستخدم في ماتلاب لا يحاول القائمون على سايلاب تقليده حرفياً، ولكن مع ذلك يعتبر بديلاً جيداً للغاية لماتلاب ويمكن تعلم لغته في وقت قياسي في حالة وجود معرفة سابقة بلغة ماتلاب.
يتوفر ساي لاب على عدد من أنظمة التشغيل ويمكن الحصول عليه من الموقع الرسمي، وتوجد عدد من الدروس لاستخدامات متنوعة ودليل الاستخدام وكلاهما باللغة الإنجليزية.
سيج هو مشروع جبار لعمل واجهة موحدة للعديد من الحزم العلمية مع العمل على تطويرها وإضافة المزيد من المكتبات، وتعتمد الواجهة على لغة بايثون للبرمجة وتمت إضافة العديد من المشاريع مفتوحة المصدر لمشروع سيج كإمكانية استخدام كل من قردات ماكسيما وساي باي من خلال سيج مباشرة بالإضافة للعديد من الحزم الأخرى.
يتم العمل على سيج من خلال مفكرة جيوبيتر التي تعمل على المتصفح أو من خلال الطرفية أو عن طريق كتابة برامج أو سكربت (Scripts).
سيج برمجية تحظى بمجتمع قوي كعادة المشاريع مفتوحة المصدر بهذا الحجم، وتستخدم في العديد من الجامعات في مساقات العلوم والرياضيات والهندسة وتماستخدامها في العديد من الأبحاث والكتب والمقالات.
يتوفر سيج على عدد من أنظمة التشغيل وبالإمكان الحصول عليه من الموقع الرسمي، وتتوفر العديد من المصادر لتعلم كيفية استخدامه باللغة الإنجليزية ويمكن الإطلاع علىدليل التشغيل أو الدروس المتوفرة في الموقع الرسمي، ولم أتمكن من العثور على أي مصادر عربية حول كيفية استخدام سيج للأسف.
في الختام فإن هذه الأدوات هي ربما أكثر برمجيات علمية مجانية مفتوحة المصدر شهرة، وهناك المزيد منها بالطبع، لكن أكثر ما يميز هذا المقال هو غياب محتوى عربي يهتم بمثل هذه المشاريع ويتناولها بالشرح والبيان، وقد يقول البعض أن من يهتم بمثل هذه البرمجيات فهو على الأغلب يتقن الإنجليزية أو يتوجب عليه أن يفعل، وهذا صحيح إلى حد كبير، ولكن وطالما هناك فئة ستستفيد من هذا المحتوى فيتوجب على صانعي المحتوى العرب تقديمها لهم وتسهيل الوصول إليها وهي كذلك فرصة حقيقية لصناعة محتوى عربي نحن في أمس الحاجة إليه.