Вопрос 35. Электронные таблицы: назначение и принципы работы.
Современные технологии обработки информации часто приводят к тому, что возникает необходимость представления данных в виде таблиц. В языках программирования для такого представления служат массивы. Для табличных расчетов характерны относительно простые формулы, по которым производятся вычисления, и большие объемы исходных данных. Такого рода расчеты принято относить к разряду рутинных работ, для их выполнения следует использовать компьютер. Для этих целей созданы электронные таблицы (табличные процессоры) — прикладное программное обеспечение общего назначения, предназначенное для обработки различных (чаще всего числовых) данных, представимых в табличной форме.
Электронная таблица (ЭТ) позволяет хранить в табличной форме большое количество исходных данных, результатов, а также связей (алгебраических или логических соотношений) между ними. При изменении исходных данных все результаты автоматически пересчитываются и заносятся в таблицу. Электронные таблицы не только автоматизируют расчеты, но и являются эффективным средством моделирования различных вариантов и ситуаций. Меняя значения исходных данных, можно следить за изменением получаемых результатов и из множества вариантов решения задачи выбрать наиболее приемлемый.
При работе с табличными процессорами создаются документы, которые также называют электронными таблицами. Такие таблицы можно просматривать, изменять, записывать на носители внешней памяти для хранения, распечатывать на принтере.
Рабочим полем табличного процессора является экран дисплея, на котором электронная таблица представляется в виде прямоугольника, разделенного на строки и столбцы. Строки нумеруются сверху вниз. Столбцы обозначаются слева направо. На экране виден не весь документ, а только его часть. Документ в полном объеме хранится в оперативной памяти, а экран можно считать окном, через которое пользователь имеет возможность просматривать таблицу. Для работы с таблицей используется табличный курсор — выделенный прямоугольник, который можно поместить в ту или иную клетку. Минимальным элементом электронной таблицы, над которым можно выполнять те или иные операции, является такая клетка, которую чаще называют ячейкой. Каждая ячейка имеет уникальное имя (идентификатор), которое составляется из номеров столбца и строки, на пересечении которых располагается ячейка. Нумерация столбцов обычно осуществляется с помощью латинских букв (поскольку их всего 26, а столбцов значительно больше, то далее идет такая нумерация — AA, AB, . AZ, BA, BB, BC, . ), а строк — с помощью десятичных чисел, начиная с единицы. Таким образом, возможны имена (или адреса) ячеек B2, C265, AD11 и т.д.
Следующий объект в таблице — диапазон ячеек. Его можно выделить из подряд идущих ячеек в строке, столбце или прямоугольнике. При задании диапазона указывают его начальную и конечную ячейки, в прямоугольном диапазоне — ячейки левого верхнего и правого нижнего углов. Наибольший диапазон представляет вся таблица, наименьший — ячейка. Примеры диапазонов — A1:A100; B12:AZ12; B2:K40.
Если диапазон содержит числовые величины, то они могут быть просуммированы, вычислено среднее значение, найдено минимальное или максимальное значение и т.д.
Иногда электронная таблица может быть составной частью листа, листы, в свою очередь, объединяются в книгу (такая организация используется в Microsoft Excel).
Ячейки в электронных таблицах могут содержать числа (целые и действительные), символьные и строковые величины, логические величины, формулы (алгебраические, логические, содержащие условие).
В формулах при обращении к ячейкам используется два способа адресации — абсолютная и относительная адресации. При использовании относительной адресации копирование, перемещение формулы, вставка или удаление строки (столбца) с изменением местоположения формулы приводят к перестраиванию формулы относительно ее нового местоположения. В силу этого сохраняется правильность расчетов при любых указанных выше действиях над ячейками с формулами. В некоторых же случаях необходимо, чтобы при изменении местоположения формулы адрес ячейки (или ячеек), используемой в формуле, не изменялся. В таких случаях используется абсолютная адресация. В приведенных выше примерах адресов ячеек и диапазонов ячеек адресация является относительной. Примеры абсолютной адресации (в Microsoft Excel): $A$10; $B$5:$D$12; $M10; K$12 (в предпоследнем примере фиксирован только столбец, а строка может изменяться, в последнем — фиксирована строка, столбец может изменяться).
Можно выделить следующие режимы работы табличного процессора:
· формирование электронной таблицы;
· режим отображения формул;
· работа электронной таблицы как базы данных.
Режим формирования электронных таблиц предполагает заполнение и редактирование документа. При этом используются команды, изменяющие содержимое клеток (очистить, редактировать, копировать), и команды, изменяющие структуру таблицы (удалить, вставить, переместить).
Режим управления вычислениями. Все вычисления начинаются с ячейки, расположенной на пересечении первой строки и первого столбца электронной таблицы. Вычисления проводятся в естественном порядке, т.е. если в очередной ячейке находится формула, включающая адрес еще не вычисленной ячейки, то вычисления по этой формуле откладываются до тех пор, пока значение в ячейке, от которого зависит формула, не будет определено. При каждом вводе нового значения в ячейку документ пересчитывается заново — выполняется автоматический пересчет. В большинстве табличных процессоров существует возможность установки ручного пересчета, т.е. таблица пересчитывается заново только при подаче специальной команды.
Режим отображения формул задает индикацию содержимого клеток на экране. Обычно этот режим выключен, и на экране отображаются значения, вычисленные на основании содержимого клеток.
Графический режим дает возможность отображать числовую информацию в графическом виде: диаграммы и графики. Это позволяет считать электронные таблицы полезным инструментом автоматизации инженерной, административной и научной деятельности.
В современных табличных процессорах, например в Microsoft Excel, в качестве базы данных можно использовать список (набор строк таблицы, содержащий связанные данные). При выполнении обычных операций с данными, например, при поиске, сортировке или обработке данных, списки автоматически распознаются как базы данных. Перечисленные ниже элементы списков учитываются при организации данных:
· столбцы списков становятся полями базы данных;
· заголовки столбцов становятся именами полей базы данных;
· каждая строка списка преобразуется в запись данных.
Рассмотрим примеры обработки данных с использованием табличного процессора.
Для чего нужна электронная таблица
Электронная таблица — компьютерная программа, позволяющая проводить вычисления с данными, представленными в виде двумерных массивов, имитирующих бумажные таблицы. Некоторые программы организуют данные в «листы», предлагая, таким образом, третье измерение. Электронные таблицы (ЭТ) представляют собой удобный инструмент для автоматизации вычислений. Многие расчёты, в частности в области бухгалтерского учёта, выполняются в табличной форме: балансы, расчётные ведомости, сметы расходов и т. п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач удобно выполнять именно в табличной форме. Использование математических формул в электронных таблицах позволяет представить взаимосвязь между различными параметрами некоторой реальной системы. Решения многих вычислительных задач, которые раньше можно было осуществить только с помощью программирования, стало возможно реализовать через математическое моделирование в электронной таблице.
Столбцы, строки, ячейки. Электронная таблица состоит из столбцов и строк. Заголовки столбцов обозначаются буквами или сочетаниями букв (А, С, АВ и т. п.), заголовки строк — числами (1, 2, 3 и далее).
, в приведенной ниже таблице 1.1 активной ячейкой является ячейка СЗ.
| Таблица 1.1. Электронные таблицы (столбцы, строки, ячейки) |
Рабочие листы и книги. При работе на компьютере электронная таблица существует в форме рабочего листа, который имеет имя (например, Лист 1). Рабочие листы объединяются вкниги, причем пользователь может вставлять, копировать, удалять и переименовывать рабочие листы. При создании, открытии или сохранении документа в электронных таблицах речь идет фактически о создании, открытии или сохранении книги.
При работе с электронными таблицами можно вводить и изменять данные одновременно на нескольких рабочих листах, а также выполнять вычисления на основе данных из нескольких листов.
Диапазон ячеек. В процессе работы с электронными таблицами достаточно часто требуется выделить несколько ячеек — диапазон ячеек. Диапазон задается адресами ячеек верхней и нижней границ диапазона, разделенными двоеточием. Можно выделить несколько ячеек в столбце (диапазон А2:А4), несколько ячеек в строке (диапазон С1:Е1) или прямоугольный диапазон (диапазон СЗ:Е4) (табл. 1.2).
Внешний вид таблицы. Внешний вид таблицы, выделенных диапазонов ячеек или отдельных ячеек можно изменять. Для границ ячеек можно установить различные типы линий (одинарная, пунктирная, двойная и др.), их толщину и цвет. Сами ячейки можно закрасить в любой цвет путем выбора цвета из палитры цветов.
Редактирование листов. Из таблицы можно удалять столбцы, строки, диапазоны ячеек и отдельные ячейки. В процессе удаления диапазонов ячеек и отдельных ячеек требуется указать, в какую сторону (влево или вверх) будет производиться сдвиг ячеек.
В таблицу можно вставлять столбцы, строки и ячейки. В процессе вставки диапазонов ячеек и отдельных ячеек требуется указать, в какую сторону (вправо или вниз) будет производиться сдвиг ячеек.
Применение электронных таблиц упрощает работу с данными и позволяет получать результаты без проведения расчетов вручную или специального программирования. Наиболее широкое применение электронные таблицы нашли в экономических и бухгалтерских расчетах, но и в научно-технических задачах электронные таблицы можно использовать эффективно, например, для:
· проведения однотипных расчетов над большими наборами данных;
· автоматизации итоговых вычислений;
· решения задач путем подбора значений параметров, табулирования формул;
· обработки результатов экспериментов;
· проведения поиска оптимальных значений параметров;
· подготовки табличных документов;
· построения диаграмм и графиков по имеющимся данным.
Одним из наиболее распространенных средств работы с документами, имеющими табличную структуру, является программа Microsoft Excel.
Создание электронных таблиц Microsoft Excel
Программа Microsoft Excel предназначена для работы с таблицами данных, преимущественно числовых. При формировании таблицы выполняют ввод, редактирование и форматирование текстовых и числовых данных, а также формул. Наличие средств автоматизации облегчает эти операции. Созданная таблица может быть выведена на печать.
Основные понятия электронных таблиц
Документ Excel называется рабочей книгой. Рабочая книга представляет собой набор рабочих листов, каждый из которых имеет табличную структуру и может содержать одну или несколько таблиц . В окне документа в программе Excel отображается только текущий рабочий лист, с которым и ведется работа . Каждый рабочий лист имеет название, которое отображается на ярлычке листа, отображаемом в его нижней части. С помощью ярлычков можно переключаться к другим рабочим листам, входящим в ту же самую рабочую книгу. Чтобы переименовать рабочий лист, надо дважды щелкнуть на его ярлычке.
Рабочий лист состоит из строк и столбцов. Столбцы озаглавлены прописными латинскими буквами и, далее, двухбуквенными комбинациями. Всего рабочий лист может содержать до 256 столбцов, пронумерованных от А до IV. Строки последовательно нумеруются цифрами, от 1 до 65 536 (максимально допустимый номер строки).
Ячейки и их адресация. На пересечении столбцов и строк образуются ячейки таблицы. Они являются минимальными элементами для хранения данных. Обозначение отдельной ячейки сочетает в себе номера столбца и строки (в этом порядке), на пересечении которых она расположена, например: А1 или DE234. Обозначение ячейки (ее номер) выполняет функции ее адреса. Адреса ячеек используются при записи формул, определяющих взаимосвязь между значениями, расположенными в разных ячейках.
Одна из ячеек всегда является активной и выделяется рамкой активной ячейки. Эта рамка в программе Excel играет роль курсора. Операции ввода и редактирования всегда производятся в активной ячейке. Переместить рамку активной ячейки можно с помощью курсорных клавиш или указателя мыши.
Диапазон ячеек. На данные, расположенные в соседних ячейках, можно ссылаться в формулах, как на единое целое. Такую группу ячеек называют диапазоном. Наиболее часто используют прямоугольные диапазоны, образующиеся на пересечении группы последовательно идущих строк и группы последовательно идущих столбцов. Диапазон ячеек обозначают, указывая через двоеточие номера ячеек, расположенных в противоположных углах прямоугольника, например: А1 : С15 .
Если требуется выделить прямоугольный диапазон ячеек, то это можно сделать протягиванием указателя от одной угловой ячейки до противоположной по диагонали. Рамка текущей ячейки при этом расширяется, охватывая весь выбранный диапазон. Чтобы выбрать столбец или строку целиком, следует щелкнуть на заголовке столбца (строки). Протягиванием указателя по заголовкам можно выбрать несколько идущих подряд столбцов или строк.
Ввод, редактирование и форматирование данных
Отдельная ячейка может содержать данные, относящиеся к одному из трех типов: текст, число или формула ,– а также оставаться пустой. Программа Excel при сохранении рабочей книги записывает в файл только прямоугольную область рабочих листов, примыкающую к левому верхнему углу (ячейка А1 ) и содержащую все заполненные ячейки.
Тип данных, размещаемых в ячейке, определяется автоматически при вводе. Если эти данные можно интерпретировать как число, программа Exc el так и делает. В противном случае данные рассматриваются как текст. Ввод формулы всегда начинается с символа “=” (знака равенства).
Ввод текста и чисел. Ввод данных осуществляют непосредственно в текущую ячейку или в строку формул , располагающуюся в верхней части окна программы непосредственно под панелями инструментов. Место ввода отмечается текстовым курсором. Если начать ввод нажатием алфавитно-цифровых клавиш, данные из текущей ячейки заменяются вводимым текстом. Если щелкнуть на строке формул или дважды на текущей ячейке, старое содержимое ячейки не удаляется и появляется возможность его редактирования. Вводимые данные в любом случае отображаются : как в ячейке, так и в строке формул.
Чтобы завершить ввод, сохранив введенные данные, используют кнопку Enter в строке формул или клавишу Enter . Чтобы отменить внесенные изменения и восстановить прежнее значение ячейки, используют кнопку Отмена в строке формул или клавишу Esc . Для очистки текущей ячейки или выделенного диапазона проще всего использовать клавишу Delete .
Форматирование содержимого ячеек. Текстовые данные по умолчанию выравниваются по левому краю ячейки, а числа – по правому. Чтобы изменить формат отображения данных в текущей ячейке или выбранном диапазоне, используют команду Формат > Ячейки . Вкладки этого диалогового окна позволяют выбирать формат записи данных (количество знаков после запятой, указание денежной единицы, способ записи даты и прочее), задавать направление текста и метод его выравнивания, определять шрифт и начертание символов, управлять отображением и видом рамок, задавать фоновый цвет.
Вычисления в электронных таблицах
Формулы. Вычисления в таблицах программы Excel осуществляются при помощи формул. Формула может содержать числовые константы, ссылки на ячейки и функции Excel , соединенные знаками математических операций. Скобки позволяют изменять стандартный порядок выполнения действий. Если ячейка содержит формулу, то в рабочем листе отображается текущий результат вычисления этой формулы. Если сделать ячейку текущей, то сама формула отображается в строке формул.
Правило использования формул в программе Excel состоит в том, что, если значение ячейки действительно зависит от других ячеек таблицы, всегда следует использовать формулу, даже если операцию легко можно выполнить в “уме”. Это гарантирует, что последующее редактирование таблицы не нарушит ее целостности и правильности производимых в ней вычислений.
Ссылки на ячейки. Формула может содержать ссылки, то есть адреса ячеек, содержимое которых используется в вычислениях. Это означает, что результат вычисления формулы зависит от числа, находящегося в другой ячейке. Ячейка, содержащая формулу, таким образом, является зависимой. Значение, отображаемое в ячейке с формулой, пересчитывается при изменении значения ячейки, на которую указывает ссылка.
Ссылку на ячейку можно задать разными способами. Во-первых, адрес ячейки можно ввести вручную. Другой способ состоит в щелчке на нужной ячейке или выборе диапазона, адрес которого требуется ввести. Ячейка или диапазон при этом выделяются пунктирной рамкой.
Все диалоговые окна программы Excel, которые требуют указания номеров или диапазонов ячеек, содержат кнопки, присоединенные к соответствующим полям. При щелчке на такой кнопке диалоговое окно сворачивается до минимально возможного размера, что облегчает выбор нужной ячейки (диапазона) с помощью щелчка или протягивания.
Для редактирования формулы следует дважды щелкнуть на соответствующей ячейке. При этом ячейки (диапазоны), от которых зависит значение формулы, выделяются на рабочем листе цветными рамками, а сами ссылки отображаются в ячейке и в строке формул тем же цветом. Это облегчает редактирование и проверку правильности формул .
Абсолютные и относительные ссылки. По умолчанию, ссылки на ячейки в формулах рассматриваются как относительные. Это означает, что при копировании формулы адреса в ссылках автоматически изменяются в соответствии с относительным расположением исходной ячейки и создаваемой копии.
Пусть, например, в ячейке В 2 имеется ссылка на ячейку АЗ. В относительном представлении можно сказать, что ссылка указывает на ячейку, которая располагается на один столбец левее и на одну строку ниже данной. Если формула будет скопирована в другую ячейку, то такое относительное указание ссылки сохранится. Например, при копировании формулы в ячейку ЕА27 ссылка будет продолжать указывать на ячейку, располагающуюся левее и ниже, в данном случае на ячейку DZ28.
При абсолютной адресации адреса ссылок при копировании не изменяются, так что ячейка, на которую указывает ссылка, рассматривается как нетабличная. Для изменения способа адресации при редактировании формулы надо выделить ссылку на ячейку и нажать клавишу F4. Элементы номера ячейки, использующие абсолютную адресацию, предваряются символом $ . Например, при последовательных нажатиях клавиши F4 номер ячейки А1 будет записываться как А1,$А$ 1 ,А$1 и $ А 1 .В двух последних случаях один из компонентов номера ячейки рассматривается как абсолютный, а другой – как относительный.
Копирование содержимого ячеек
Копирование и перемещение ячеек в программе Excel можно осуществлять методом перетаскивания или через буфер обмена. При работе с небольшим числом ячеек удобно использовать первый метод, при работе с большими диапазонами – второй.
Метод перетаскивания. Чтобы методом перетаскивания скопировать или переместить текущую ячейку (выделенный диапазон) вместе с содержимым, следует навести указатель мыши на рамку текущей ячейки (он примет вид стрелки). Теперь ячейку можно перетащить в любое место рабочего листа (точка вставки помечается всплывающей подсказкой).
Для выбора способа выполнения этой операции, а также для более надежного контроля над ней рекомендуется использовать специальное перетаскивание с помощью правой кнопки мыши. В этом случае при отпускании кнопки мыши появляется специальное меню, в котором можно выбрать конкретную выполняемую операцию.
Применение буфера обмена. Передача информации через буфер обмена имеет в программе Excel определенные особенности, связанные со сложностью контроля над этой операцией. Вначале необходимо выделить копируемый (вырезаемый) диапазон и дать команду на его помещение в буфер обмена: Правка > Копировать или Правка > Вырезать . Вставка данных в рабочий лист возможна лишь немедленно после их помещения в буфер обмена. Попытка выполнить любую другую операцию приводит к отмене начатого процесса копирования или перемещения. Однако утраты данных не происходит, поскольку “вырезанные” данные удаляются из места их исходного размещения только в момент выполнения вставки.
Поиск решения. Эта надстройка используется для решения задач оптимизации. Ячейки, для которых подбираются оптимальные значения и задаются ограничения, выбираются в диалоговом окне Поиск решения , которое открывают при помощи команды Сервис > Поиск решения .
Мастер шаблонов для сбора данных. Данная надстройка предназначена для создания шаблонов, которые служат как формы для ввода записей в базу данных. Когда на основе шаблона создается рабочая книга, данные, введенные в нее, автоматически копируются в связанную с шаблоном базу данных. Запуск мастера производится командой Данные > Мастер шаблонов.
Мастер Web-форм. Надстройка Предназначена для создания формы, размещаемой на Web-узле. Форма организуется таким образом, что данные, введенные посетителями, автоматически добавляются в базу данных, связанную с формой. Форму Excel для сбора данных надо создать на рабочем листе заранее. Настройка системы сбора данных организуется с использованием мастера, который запускают командой Сервис > Мастер > Форма Web .
Построение диаграмм и графиков
В программе Excel термин диаграмма используется для обозначения всех видов графического представления числовых данных. Построение графического изображения производится на основеряда данных. Так называют группу ячеек с данными в пределах отдельной строки или столбца. На одной диаграмме можно отображать несколько рядов данных.
Диаграмма представляет собой вставной объект, внедренный на один из листов рабочей книги. Она может располагаться на том же листе, на котором находятся данные, или на любом другом листе (часто для отображения диаграммы отводят отдельный лист). Диаграмма сохраняет связь с данными, на основе которых она построена, и при обновлении этих данных немедленно изменяет свой вид.
Для построения диаграммы обычно используют Мастер диаграмм , запускаемый щелчком на кнопке Мастер диаграмм на стандартной панели инструментов. Часто удобно заранее выделить область, содержащую данные, которые будут отображаться на диаграмме, но задать эту информацию можно и в ходе работы мастера.
Тип диаграммы. На первом этапе работы мастера выбирают форму диаграммы. Доступные формы перечислены в списке Тип на вкладке Стандартные . Для выбранного типа диаграммы справа указывается несколько вариантов представления данных (палитра Вид ), из которых следует выбрать наиболее подходящий. На вкладке Нестандартные отображается набор полностью сформированных типов диаграмм с готовым форматированием. После задания формы диаграммы следует щелкнуть на кнопке Далее .
Выбор данных . Второй этап работы мастера служит для выбора данных, по которым будет строиться диаграмма. Если диапазон данных был выбран заранее, то в области предварительного просмотра в верхней части окна мастера появится приблизительное отображение будущей диаграммы. Если данные образуют единый прямоугольный диапазон, то их удобно выбирать при помощи вкладки
Диапазон данных. Если данные не образуют единой группы, то информацию для отрисовки отдельных рядов данных задают на вкладке Ряд . Предварительное представление диаграммы автоматически обновляется при изменении набора отображаемых данных.
Оформление диаграммы. Третий этап работы мастера (после щелчка на кнопке Далее ) состоит в выборе оформления диаграммы. На вкладках окна мастера задаются:
· название диаграммы, подписи осей (вкладка Заголовки );
· отображение и маркировка осей координат (вкладка Оси );
· отображение сетки линий, параллельных осям координат (вкладка Линии сетки );
· описание построенных графиков (вкладка Легенда );
· отображение надписей, соответствующих отдельным элементам данных на графике ( вкладка Подписи данных );
· представление данных, использованных при построении графика, в виде таблицы (вкладка Таблица данных ).
В зависимости от типа диаграммы некоторые из перечисленных вкладок могут отсутствовать.
Размещение диаграммы. На последнем этапе работы мастера (после щелчка на кнопке Далее ) указывается, следует ли использовать для размещения диаграммы новый рабочий лист или один из имеющихся. Обычно этот выбор важен только для последующей печати документа, содержащего диаграмму. После щелчка на кнопке Готово диаграмма строится автоматически и вставляется на указанный рабочий лист.
Редактирование диаграммы. Готовую диаграмму можно изменить. Она состоит из набора отдельных элементов, таких, как сами графики (ряды данных), оси координат, заголовок диаграммы, область построения и прочее. При щелчке на элементе диаграммы он выделяется маркерами, а при наведении на него указателя мыши – описывается всплывающей подсказкой. Открыть диалоговое окно для форматирования элемента диаграммы можно через меню Формат (для выделенного элемента) или через контекстное меню (команда Формат ). Различные вкладки открывшегося диалогового окна позволяют изменять параметры отображения выбранного элемента данных.
Если требуется внести в диаграмму существенные изменения, следует вновь воспользоваться мастером диаграмм. Для этого следует открыть рабочий лист с диаграммой или выбрать диаграмму, внедренную в рабочий лист с данными. Запустив мастер диаграмм, можно изменить текущие параметры, которые рассматриваются в окнах мастера, как заданные по умолчанию.
Чтобы удалить диаграмму, можно удалить рабочий лист, на котором она расположена ( Правка > Удалить лист ), или выбрать диаграмму, внедренную в рабочий лист с данными, и нажать клавишу Delete .
Электронные таблицы как средство разработки бизнес-приложений
Excel часто используется как универсальное средство для разработки бизнес-приложений. В этой статье я хочу сравнить, существующие без особых изменений уже более 30 лет, электронные таблицы с современной классической императивной парадигмой программирования глазами архитектора ПО. Затем я хочу рассказать о своей работе над новым табличным процессором, который исправляет многие недостатки, выявленные при сравнении, тем самым позволяя создавать более надежные, масштабируемые и легкие для поддержки и дальнейшего развития, бизнес-приложения.
Электронные таблицы и их возможности
Принцип, по которому работают современные электронные таблицы (Microsoft Excel, LibreOffice Calc или Google Sheets) появился в конце 70-х – середине 80-х годов. Двухмерный массив ячеек, как модель данных, и возможность автоматических вычислений с помощью формул появились в VisiCalc в 1979 году. Трехмерный массив ячеек (возможность пользоваться несколькими листами) впервые появился в 1985 в Boeing Calc.
В теории, электронные таблицы ничем не уступают любому языку программирования. Существует машина Тьюринга на формулах Excel (линк), а это значит, что любой алгоритм, который можно реализовать с помощью компьютера, можно реализовать в Excel. Вопрос только в удобстве и эффективности такой реализации.
На практике я встречал очень сложные системы, реализованные в Excel. Например, финансовая модель развития международного аэропорта с возможностью вносить множество разных типов объектов (парковки, склады, полосы, . ) и пересчетом квадратных метров и парковочных мест в cash flow (расходы за годы строительства vs прибыль за годы эксплуатации) с учетом разных моделей инфляции. На то чтобы «переписать» такой «эксельчик» на Java с использованием реляционной базы данных может уйти от нескольких человеко-месяцев до нескольких человеко-лет. В этом конкретном случае реляционная модель в базе данных насчитывала более 50 таблиц. Самое интересное, что такого «переписывания» можно было бы избежать, если бы электронные таблицы позволяли не только создавать программное обеспечение, но и делали бы возможным его сопровождение и масштабирование. Для конечного пользователя (экономиста) система на Java это шаг назад, потому что он больше не видит промежуточные результаты и не может сам изменить или дополнить модель.
Выходит, что одну и ту же задачу можно решить, как электронной таблицей, так и универсальным языком программирования. Значит, мы можем сравнить сильные и слабые стороны этих двух инструментов, как средств создания бизнес-приложений. Здесь мы попробуем взглянуть на Excel глазами программиста-архитектора и применим правила архитектуры ПО, которые уже устоялись в классической разработке софта.
Достоинства электронных таблиц
- Интуитивно понятный концепт: каждый из нас в школе видел и заполнял таблички на листочках в клеточку и играл в морской бой. Большинство людей, которые работают с Экселем, никогда не проходили никакого специального обучения (в лучшем случае коллега за полчаса показал на какие кнопки нажимать). Это большое преимущество перед языками программирования, где «C++ за 21 день» звучит даже слишком оптимистично.
- Открытое и статичное состояние облегчает отладку: сложность поиска ошибки в программе чаще всего заключается в том, чтобы поймать тот момент времени, когда что-то пошло не так. Приходиться использовать breakpoints и прокручивать программу по шагам. В электронной таблице состояние статично. Поиск ошибки сводится к тому, чтобы найти первую ячейку с неправильным результатом.
- Реактивность: мы просто задаем формулу, а система сама знает в каком порядке и когда пересчитывать ячейки. Этот концепт, который относительно недавно стал популярным в разработке UI, был основой электронных таблиц с самого начала.
Недостатки электронных таблиц
- Слабо структурированная модель данных: электронные таблицы используют трехмерный массив ячеек как модель данных. Это лучше чем неструктурированный текст в Notepad, но значительно хуже строгой типизации Java или нормализованной реляционной структуры базы данных. В любую ячейку можно записать любой тип данных. Заголовки или значения не различаются. Сказать заранее, что будет в момент исполнения по ссылке E5 невозможно. Зависимости между таблицами неявно хранятся в параметрах функции VLOOKUP и ломаются при неосторожном добавлении колонки. По-моему, это и является одной из основных причин ошибок.
- Высокая избыточность: у программистов хорошо себя зарекомендовал так называемый принцип DRY (Don’t repeat yourself — не повторяйся). Чаще всего мы стараемся писать логику один раз, давать ей название (например, в виде имени функции/метода) и потом ссылаться на нее когда это необходимо. В табличных процессорах мы копируем формулы. Сначала это конечно удобно, но в итоге, понять, где применяется та или другая формула очень сложно. Любое изменение объема данных ведет к необходимости копировать формулы. Это очень сильно затрудняет поддержку и дальнейшее развитие моделей в табличных процессорах.
- Отсутствие интерактивности интерфейса: электронные таблицы не позволяют динамически изменять способ отображения данных. Также отсутствует возможность создавать запрограммированные операции выполняемые, например, по нажатию кнопки.
Как сделать электронные таблицы лучше?
Меня зовут Вадим. Я CTO в CubeWeaver и уже довольно давно занимаюсь разработкой нового табличного процессора. Несколько лет назад я уже писал (линк) про раннюю версию системы, но с тех пор многое изменилось и в этом году проект дошел до коммерческой стадии.
Вот список новшеств моего проекта, которые позволяют устранить перечисленные выше недостатки, стараясь при этом сохранить преимущества электронных таблиц:
Многомерная модель данных
Многомерная модель данных широко используется в Business Intelligence и OLAP системах, предназначенных для анализа данных. Суть модели заключается в том, чтобы хранить данные в ячейках многомерного куба, грани которого подписаны заголовками бизнес-объектов:
В интерфейсе программы отображается не весь многомерный куб, а его двумерный срез, соответствующий выбранной нами комбинации фильтров:
При реализации такой модели в реляционной BI системе, часто используют схему снежинки (snowflake schema). Кубы реализуются таблицами фактов (fact table), а заголовки на гранях хранятся в таблицах измерений (dimension table).
В моей системе кубы называются рабочими листами (worksheets), а заголовки на гранях куба называются элементами списков (list items).
Каждая ячейка такого многомерного рабочего листа имеет уникальный адрес, состоящий из надписей на гранях. Например, значение 935 на изображении имеет адрес: Bikes, 2020, Paris.
Каждый элемент списка имеет название и идентификатор. В ссылках на ячейки используются идентификаторы, и вышеуказанный адрес в формуле мог бы выглядеть так (ссылки заключаются в квадратные скобки):
[PROD:23, YEAR:2020, CITY:24] , где PROD это идентификатор списка «продукт», а 23 идентификатор элемента «Bikes».
Применение многомерной модели позволяет значительно улучшить ситуацию с недостатком номер 1. Во-первых, заголовки теперь хранятся отдельно от численных данных. Во-вторых, введение дополнительного измерения «метрика» (или «позиция отчета») позволяет адресовать ячейки не по порядковому номеру, а по семантическому смыслу, исключая ошибки из-за добавления или удаления столбцов или строк.
Конечно, нужно сказать, что такой подход слегка портит ситуацию с преимуществом номер 1. В морской бой играли все, а в четырехмерные шахматы только некоторые студенты-математики. Но опыт показывает, что благодаря двумерному представлению куба, большинство пользователей довольно быстро привыкают к новой модели данных.
Функция JOIN и метаданные
Многомерная модель позволяет использовать метаданные для описания ячеек. Метод адресации описанный выше означает, что каждая ячейка рабочего листа соответствует определенному набору элементов списка (например, году, продукту и точке продажи). Списки в свою очередь могут иметь атрибуты (колонки), что делает их похожими на обычные реляционные таблицы. Например, можно добавить колонку «валюта» к списку «точка продажи», связывая таким образом списки «точка продажи» и «валюта» в реляцию с кардинальностью many-to-one.
Функция JOIN дает возможность динамически ссылаться на ячейки, используя такую связь. Эта функция заменяет VLOOKUP, устраняя при этом необходимость работать с индексами.
Пример: для того чтобы посчитать сумму продаж по миру, нужно сначала сконвертировать сумму продаж по каждой стране в единую валюту (умножить позицию «продажи» на курс обмена). В Excel мы бы хранили 2 таблицы: список стран с валютой для каждой страны и список валют с курсом обмена. Для того чтобы найти правильный курс мы бы использовали функцию VLOOKUP два раза: найти код валюты по названию страны и найти курс обмена по коду валюты.
Ссылка на ячейку с курсом обмена, могла бы выглядеть так:
EX_RATES.[COUNTRY.join(CURRENCY)] , где
EX_RATES — название рабочего листа с курсами обмена валют
COUNTRY — измерение со странами
CURRENCY — измерение с валютами
Цепочки связей могут быть любой длины, например: STORE.join(COUNTRY).join(CURRENCY)
Фактически, строя модель, мы создаем схему снежинки. Функция JOIN позволяет формулам динамически ссылаться на ячейки рабочих листов, используя связи между таблицами (списками) этой схемы. При этом зависимости между ячейками явно указаны в аргументах функции JOIN.
Зона действия формул
Возможность указать зону действия формулы (area of effect) позволяет избавиться от необходимости копировать формулы.
По каждому измерению куба мы задаем набор элементов, на которые действует формула, как например: все года, продукты типа «велосипед», позиция отчета «выручка». На практике это выглядит вот так (Синим цветом отмечена цель формулы, красным и оранжевым её аргументы. Список выбранных элементов по каждому измерению находиться внизу экрана):
Этот подход устраняет недостаток номер 2 и позволяет добавлять и удалять элементы или даже измерения, не изменяя формулу. Также отпадает необходимость искать все ячейки, в которые формула была скопирована, каждый раз, когда мы хотим ее изменить.
Интерактивность ячеек
Это нововведение позволяет создавать интерактивные интерфейсы, используя формулы. Формулы можно использовать не только для того чтобы вычислить значение ячейки, но и для форматирования ячеек (cell formatting), изменения цвета ячеек (cell color) и для того чтобы спрятать или показать группу ячеек или целые колонки или строки (cell visibility). Ячейки можно форматировать не только как числа, даты и текст, но и как кнопки, флажки (checkbox) и списки выбора (dropdown).
Таким образом, например, цвет ячеек может меняться в зависимости от значения ячейки. Флажок или список выбора в одном листе может отображать, прятать или блокировать на запись ячейки в другом листе.
Кнопки в ячейках позволяют создавать довольно сложные операции со значениями ячеек. Создавая кнопку, мы задаем цель операции (cell range) и формулу, которая выполняется один раз для каждой из целевых ячеек. На одной кнопке может быть несколько операций. Так, нажатие на кнопку может, например, скопировать данные из предыдущего года в следующий или распределить содержимое ячейки по нескольким другим ячейкам, пропорционально какой-то величине (splashing).
Кнопки в сочетании с ограничениями доступа пользователя позволяют создавать необратимую функциональность. Так, например пользователь получивший доступ к кнопке, но не получивший доступ к целевой ячейке, сможет записать в ячейку только то, что позволит ему формула в кнопке.
Заключение
Новый табличный процессор позволяет создавать значительно более сложные модели, чем это возможно в других системах. При этом модели остаются понятными и простыми в сопровождении. Также значительно уменьшается вероятность ошибок в формулах.
Платой за эти преимущества является повышенная сложность системы. Прежде чем начать работать, пользователь должен создать модель данных в виде списков и кубов.
В целом система рассчитана на технически более грамотного пользователя, чем Excel (например, экономисты с базовыми знаниями программирования или программисты, работающие над экономическими моделями).
С удовольствием отвечу на ваши вопросы в комментариях или личных сообщениях. Также, в интернете можно найти документация к системе и несколько обучающих видео.
Электронные таблицы
Табличный процессор — категория программного обеспечения, предназначенного для работы с электронными таблицами. Изначально табличные редакторы позволяли обрабатывать исключительно двухмерные таблицы, прежде всего с числовыми данными, но затем появились продукты, обладавшие помимо этого возможностью включать текстовые, графические и другие мультимедийные элементы. Инструментарий электронных таблиц включает мощные математические функции, позволяющие вести сложные статистические, финансовые и прочие расчеты.
Электронные таблицы (или табличные процессоры) — это прикладные программы, предназначенные для проведения табличных расчетов. Появление электронных таблиц исторически совпадает с началом распространения персональных компьютеров. Первая программа для работы с электронными таблицами — табличный процессор, была создана в 1979 году, предназначалась для компьютеров типа Apple II и называлась VisiCalc. В 1982 году появляется знаменитый табличный процессор Lotus 1-2-3, предназначенный для IBM PC. Lotus объединял в себе вычислительные возможности электронных таблиц, деловую графику и функции реляционной СУБД. Популярность табличных процессоров росла очень быстро. Появлялись новые программные продукты этого класса: Multiplan, Quattro Pro, SuperCalc и другие. Одним из самых популярных табличных процессоров сегодня является MS Excel, входящий в состав пакета Microsoft Office.
Что же такое электронная таблица? Это средство информационных технологий, позволяющее решать целый комплекс задач: Прежде всего, выполнение вычислений. Издавна многие расчеты выполняются в табличной форме, особенно в области делопроизводства: многочисленные расчетные ведомости, табуляграммы, сметы расходов и т. п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач; удобно выполнять в табличной форме. Электронные таблицы представляют собой удобный инструмент для автоматизации таких вычислений. Решения многих вычислительных задач на ЭВМ, которые раньше можно было осуществить только путем программирования, стало возможно реализовать Математическое моделирование. Использование математических формул в ЭТ позволяет представить взаимосвязь между различными параметрами некоторой реальной системы. Основное свойство ЭТ — мгновенный пересчет формул при изменении значений входящих в них операндов. Благодаря этому свойству, таблица представляет собой удобный инструмент для организации численного эксперимента:
- подбор параметров,
- прогноз поведения моделируемой системы,
- анализ зависимостей,
- планирование.
Дополнительные удобства для моделирования дает возможность графического представления данных (диаграммы); Использование электронной таблицы в качестве базы данных. Конечно, по сравнению с СУБД электронные таблицы имеют меньшие возможности в этой области. Однако некоторые операции манипулирования данными, свойственные реляционным СУБД, в них реализованы. Это поиск информации по заданным условиям и сортировка информации.
В электронных таблицах предусмотрен также графический режим работы, который дает возможность графического представления (в виде графиков, диаграмм) числовой информации, содержащейся в таблице.
Основные типы данных: числа, как в обычном, так и экспоненциальном формате, текст – последовательность символов, состоящая из букв, цифр и пробелов, формулы. Формулы должны начинаться со знака равенства, и могут включать в себя числа, имена ячеек, функции (математические, статистические, финансовые, текстовые, дата и время и т.д.) и знаки математических операций.
Электронные таблицы просты в обращении, быстро осваиваются непрофессиональными пользователями компьютера и во много раз упрощают и ускоряют работу бухгалтеров, экономистов, ученых.
Основные элементы электронных таблиц:
- Столбец,
- Заголовки столбцов,
- Строка,
- Заголовки строк,
- Неактивная ячейка,
- Активная ячейка.
История
Идею электронных таблиц впервые сформулировал американский ученый Ричард Маттессич, опубликовав в 1961 г. исследование под названием «Budgeting Models and System Simulation». Концепцию дополнили в 1970 г. Пардо и Ландау, подавшие заявку на соответствующий патент (U.S. Patent 4,398,249 (англ.) ). Патентное ведомство отклонило заявку, но авторы через суд добились отмены этого решения.
Общепризнанным родоначальником электронных таблиц как отдельного класса ПО является Дэн Бриклин, совместно с Бобом Фрэнкстоном разработавший легендарную программу VisiCalc в 1979 г. Этот табличный редактор для компьютера Apple II стал «убойным приложением», превратившим персональный компьютер из экзотической игрушки для технофилов в массовый инструмент для бизнеса.