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Wolfram | Alpha 之 15 种非数学领域的使用

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WolframChina
发布2020-03-11 13:26:50
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发布2020-03-11 13:26:50
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本文译自 Wolfram 博客2020年2月20日的文章,作者:Zoe Goldenfeld —— Wolfram 商业分析师。

我们都知道 Wolfram|Alpha 是解决计算和数学问题的高手,但它的海量数据和应用领域却并不是广为人知。我在大学攻读生物学专业时,被各种必须死记硬背的信息搞得精疲力竭。课堂上课节奏很快,我的笔记常常留有大片空白,往往还没来得及消化老师讲的这一段内容,下一段就已经开始了。熬夜整理笔记、通过Yahoo!搜索各种问题的答案更是家常便饭。例如消化系统有何功能(提示:"在食物的摄取和消化中起作用;水和营养的吸收;水、酸、酶、缓冲液和盐的分泌;废物的排泄;以及能量的储存"——感谢Wolfram | Alpha!)。

回想起那段学生生涯,如果当时能正确地使用 Wolfram|Alpha 作为学习工具,我会节省很多时间。因为我本人是生物学专业的,所以经常搜索的科学领域都与化学有关,但是 Wolfram|Alpha 在更多其他领域都有丰富宝贵的资源。我在这里整理了 Wolfram|Alpha 在数学之外的15种应用,希望对您的课内课外学习都有用。

1. 反应化学计量

对我而言,化学计量学是最难的化学课程之一,我敢肯定不是我一个人这样想。幸运的是,Wolfram | Alpha可以计算化学计量问题,求解完成反应所需的物质的量以及理论收率。要计算反应的化学计量,请输入反应以及您所知道的量。

让我们通过一个反应来说明:B2H6 + O2 → B2O3 + H2O。我有36.1克 B2H6,需要计算将这36.1克B2H6完全燃烧所需的氧气量。在这种情况下,我只需输入以下内容:

36.1 g B2H6 + O2 -> B2O3 + H2O

Wolfram|Alpha 能够配平方程式并计算答案,并把答案清晰明了地显示在表格中。由此,我现在知道所有的B2H6充分燃烧需要3.914摩尔(即125.2克)O2:

2. 历史事件和人物

Wolfram|Alpha是查找重要历史人物或事件基本信息的理想场所。我发现尤其有帮助的一点是,它非常善于提纲挈领地展示战斗或冲突的具体信息。通常,在阅读这类事件时,我们往往会迷失在战争规模中,而无法完全理解重要的细节。

而Wolfram|Alpha能够把最重要的信息用易于理解的图表展示给读者,把事件的正反两面进行比较,因此我们无需花费大量时间浏览较长的维基百科文章,就能够获得全面的视野。

例如,查询"Spanish Conquest of Peru"(西班牙秘鲁征服),这是16世纪西班牙王国与印加帝国之间长达数十年的战争。

Wolfram|Alpha首先提供日期和位置等信息,然后详细列出更具体的数据,例如冲突中的两个派系,双方指挥官,双方的伤亡和损失以及战斗的主要结果。

这样,我可以轻松地了解该历史事件的基础信息,而不会被细节所困扰。

3. 动物和植物

Wolfram|Alpha提供了所有生物体的分类学信息。您可以键入特定的生物以查找有关该生物的信息,也可以尝试整个物种、科、属等。 如果我输入诸如"cnidaria"之类比较泛泛而基本的信息,我得到的就是基本信息,包括生物学特性、新陈代谢、这一动物门的其他成员等。

当然,如果我不想遍历所有这些数据,可以把范围缩小。例如,如果我专门查询"planarian taxonomy",则会得到一张已经分类列好的包含界、门、纲,目和科的表格:

Wolfram|Alpha 涵盖的生物学数据之广不仅限于动物。除了分类和基本信息,Wolfram|Alpha还可以生成特定地区植物的生长曲线,并将其与美国全国平均水平进行比较。例如,如果查询"maple tree growth curve in Illinois"(伊利诺伊州的枫树生长曲线),则会得到伊利诺伊州的枫树生长曲线图,整个美国的生长曲线图以及枫树分类学信息的图表:

4. 配平方程式/转换为摩尔

Wolfram|Alpha也可以配平化学方程式。例如,我输入查询“C4H6O3+H2O -> C2H4O2"。Wolfram|Alpha首先显示答案,然后显示方程式的结构。特别有用的是,您可以自由切换结构类型,从键线式切换为Lewis结构,或显示所有原子。

沿页面下翻,您会看到 Wolfram|Alpha 显示所涉及组分的化学名称和化学式,以及其他相关信息,例如摩尔质量、密度、熔点等。

同样,使用 Wolfram|Alpha 将质量或体积转换为摩尔非常简单,反之亦然。只需输入以摩尔或质量为单位的物质的量及单位,以及想要转换的单位(例如,将7摩尔醋酸转化为千克),Wolfram|Alpha 就会计算出答案,并附上其他可能的单位转换和相应的单位数量:

5. 解剖学信息

Wolfram|Alpha提供有丰富的解剖学和医学信息。例如,如果查询"human heart arteries"(人的心脏动脉),Wolfram|Alpha 将正确地将该查询解释为左冠状动脉和右冠状动脉,然后显示其拉丁名称、其他名称以及每条动脉功能的简要说明:

继续向下翻,还会显示形态、区域位置和身体位置的模型:

以下是物理特征,构成部分和连接方式(动脉作为循环系统的一部分如何工作):

您还可以对比两种不同结构的更具体方面,例如,"胆囊与肝脏的功能":

可用信息的范围并不仅限于人类。生物无论大小,都以与人类数据相似的方式表示。例如,尝试查询"马股骨"。首先显示的是左右股骨的层次关系,然后是形态、区位和所处身体位置的模型:

最后,甚至显示了关节和同源结构:

6. 基因组学

我们甚至可以使用 Wolfram|Alpha 来分析基因,而且不仅限于人类基因组。Wolfram|Alpha 的数据涵盖了小鼠、果蝇等的全序列基因组。

让我们看一下查询""human gene gfra1"的结果。首先,Wolfram|Alpha 解释该查询,然后提供标准名称和其他名称,用表格列出该基因的位置,并直观展示在10号染色体上的位置:

Wolfram|Alpha 还显示其他相关信息,例如参考序列、其他相邻基因、基因剪接结构的视觉表示、蛋白质名称等。它还提供基因本体特征,例如功能和过程。

除基因外,还提供蛋白质和生物分子信息。对于蛋白质,例如血红蛋白,Wolfram|Alpha 提供了带状结构和原子结构的序列、分子量以及模型。对于5-羟色胺等生物分子,将显示其化学名称和分子式以及结构图:

7. 原子光谱

如果您使用原子光谱,Wolfram|Alpha 是一个很好的资源。如果输入"原子光谱"以及您正在研究的任何元素,Wolfram|Alpha 将显示原子光谱和可见区域的可视化。它还包括光谱线。特别方便的是,对于原子光谱的可视化,您可以在波长、频率和能量之间切换。切换旁边是显示或隐藏其他视图的选项,例如振荡器强度和颜色。

8. 写作

学业之余,我喜欢阅读和写作,并且发现 Wolfram|Alpha 在这方面也可以大显神通。除了提供单词的定义和翻译,Wolfram|Alpha 还可以提供同义词、反义词,与特定单词押韵的单词等。

与流行的词典或同义词库相比,我更偏爱使用 Wolfram|Alpha 的主要原因是,Wolfram|Alpha 能提供很多有趣且有益的信息。例如,如果我查询“fugue”一词,我不仅会得到三个不同的定义,还会得到该词在英语中的第一个已知用法,其词根,用法的时间轴,翻译成其他语言的列表,具有相同或相似含义的更多词条等。

还可以使用 Wolfram|Alpha 查询单词的同义词或反义词。如果我在查询中输入"incite synonym",Wolfram|Alpha 会生成一个同义词列表,并在下面提供定义。

除了同义词和反义词外,Wolfram|Alpha还可以列出与某个单词押韵的单词。例如,如果输入"words that rhyme with sublime"(与sublime押韵的词),则会得到诸如lime, dime, prime等词的列表。此功能对诗人,词曲作者和其他创作者特别有用。

作者和读者都会喜欢的另一个功能是,Wolfram|Alpha 可以提供与文档的数量或单词或页面有关的定量数据。例如,如果我输入"12,000个单词",Wolfram|Alpha可以告诉我该文档将有多少页,读、写或说这么长的文字需要多长时间,等等。

有条悄悄话需要传达?Wolfram|Alpha也可以帮上忙。Wolfram|Alpha 除了将单词和短语从一种语言翻译成另一种语言外,还可以将单词和短语转换为摩尔斯电码。只需键入您要翻译的内容,剩下的就交给 Wolfram|Alpha 吧。

9. 运动学

Wolfram|Alpha 是运动学研究的绝佳工具。如果您要进行两体碰撞问题的研究,例如弹性碰撞。Wolfram|Alpha 可以计算两个物体的最终速度,并生成示意图来可视化碰撞过程。只需键入"弹性碰撞"以及两个物体的初始质量和速度值,然后按回车键。Wolfram|Alpha 首先是解释输入信息,并在图表中显示它。然后,它计算两个最终速度的结果,然后生成碰撞的示意图。

10. 认知

除了前面介绍过的脑解剖结构的详细信息之外,Wolfram|Alpha 还提供有关认知任务和相关领域的大量信息,例如记忆、语言、注意力、推理和感知测试等。

您还可以找到神经系统中单个神经元类型的信息。除了神经元的位置和介绍之外,Wolfram|Alpha 还包括其他有用数据,例如其突触特性和电生理学测量值:

同样,您也可以按照功能分类来寻找大脑的区域。例如,查询"brain area associated with memory"(与记忆相关的大脑区域),会显示相关大脑区域的列表,列出的每个结果都链接到该特定大脑区域的单独页面。

11. 社会经济学数据

研究特定国家的社会经济数据非常简单。输入您想知道的内容,然后输入国家/地区。如果要比较多个国家/地区,请用逗号分隔名称。例如,尝试查询"GDP of Mozambique, Namibia, Mali"(莫桑比克,纳米比亚,马里的GDP),或如下例所示"unemployment rate Vietnam, Cambodia, Laos"(越南,柬埔寨,老挝的失业率)。 Wolfram|Alpha 首先显示的是对输入的解释,然后是直接结果:

然后显示其他相关信息,例如三个国家随时间推移的失业率、长期失业率(按性别划分)、按教育程度划分的失业率,按教育程度划分的劳动力等:

如果要检查与美国某一特定地区相关的数据,Wolfram|Alpha 尤其擅长。您可以找到收入等数据,例如各县的最高人均收入:

12. 滴定

Wolfram|Alpha 是用于计算滴定度的强大工具。它可以计算出碱的体积、酸的体积、碱的浓度或酸的浓度。您需要做的就是提供相应的变量,例如碱的体积或浓度等。然后 Wolfram|Alpha 就会计算出答案。

13. 量子力学

Wolfram|Alpha 是查找和比较方程式的神器。例如,如果输入"particle in a box",这是量子力学领域的基础模型,则结果首先显示对查询的解释,然后是经典力学和量子力学的所有相关方程式。Wolfram|Alpha 还显示势能图。

14. 化合物的杂化

杂化,或在原子中心进行原子轨道的混合,是一个很难掌握的概念。在这方面,Wolfram|Alpha 可以提供很好的帮助。只需输入化合物的名称加上"杂化",Wolfram | Alpha就会显示分子中每个原子的杂化、电子数和带有标记轨道的图:

同样,Wolfram|Alpha 也提供化合物中每个化学键的信息。如果键入化合物名称加上"键"或"键信息",Wolfram|Alpha 将为您提供一个方便的图表,其中包含各个键、键数、键长和键能(以kJ/mol为单位,必要时可以调整):

15. 热力学

Wolfram|Alpha 可以轻松求解热力学问题,如等温过程。如果查询"等温过程",将会出现一个含有初始压力、初始体积、初始温度和最终体积等输入域的计算器。输入您所需的值,按"计算"键,就会生成一个表格,包含最终压力、熵变、系统的热传递,最终温度和对系统所做的功等。Wolfram|Alpha还会生成压力与体积,温度与熵的关系图。

上面介绍的15个应用在我看来非常棒,但很可能我只是略窥一斑。Wolfram|Alpha 拥有海量的知识和强大的功能,从放射性衰变到经典神话学,从一顿饭的营养成分比较,到计算Bose-Einstein分布,估算多少粒豆子将填满一个容器,乃至计算恒星的光等,应有尽有。无论您是一名莘莘学子,还是对某一主题感兴趣的业余爱好者(比如在雨中奔跑的物理学!),我都强烈推荐 Wolfram|Alpha 作为一种信息工具,它不仅会做数学难题,还有更多酷炫功能等你发掘!


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  • Wolfram|Alpha 在各个领域中的应用:https://www.wolframalpha.com/examples/?source=wechat
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原始发表:2020-02-27,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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