O software disponível para a modelação e simulação, não só em ecologia, pode ser caracterizado considerando-se três grandes grupos:
A possibilidade de controlo do programa pelo investigador é limitada, mas ele é facilmente construído, recorrendo a uma interface gráfica e ao rato. A valia deste software depende da natureza do problema que se enfrenta. É largamente usado na gestão de empresas e gestão industrial. Em ecologia, numa fase exploratória, e não só, se criteriosamente utilizado, a sua potencial valia não pode ser ignorada. O software comercial disponível aqui é abundante (dezenas de produtos) sendo os mais conhecidos o STELLA e o Vensim. O software livre NetLogo permite também este tipo de programação (“Systems Dynamics”). A obtenção fácil de gráficos dos resultados é um dos seus atributos. Exemplos de aplicação do STELLA em biologia e ecologia encontram-se em Hannon e Ruth (1997).
Softwares livres como o Euler, Maxima, Octave, R e Scilab permitem maior controlo do programa, fornecendo no entanto funções pré-programadas para o cálculo numérico rápido de certas operações como integração, álgebra linear, otimização, resolução de sistemas de equações e obtenção de gráficos de vários
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tipos e de alta definição. O Maxima permite também o cálculo simbólico, sendo por isso considerado um sistema de computação algébrica (“computer algebra system”). Podemos situar aqui as folhas de cálculo. Este é o tipo de software mais usado na elaboração deste livro. Stevens (2009) ilustra a utilização da linguagem R num texto de ecologia. Barreto (2005, 2010, 2011) utiliza o Scilab com o mesmo propósito. Se o leitor/a quer beneficiar da matematização da ecologia, no seu estudo e no seu trabalho, é conveniente que aprenda uma linguagem de programação deste grupo. Apesar da aprendizagem da língua R não ser muito fácil, uma sua vantagem é abrir o acesso à utilização dos inúmeros pacotes disponíveis, de funções de aplicação específica em ecologia. Marcas comerciais registadas de software deste grupo são, entre outras, Maple, Mathematica, Matlab que permitem tanto o cálculo numérico como algébrico. Roughgarden (1998) utiliza o Matlab no seu livro de ecologia.
As linguagens de programação como o Basic, C, Fortran, Pascal e Python permitem o controlo completo do programa final, mas requerem mais treino e prática para serem dominadas em toda a sua capacidade de realização. Se não for possível aproveitar módulos de programas anteriores, a criação de programas de complexidade média pode ser demorada. Dispõem também de rotinas pré- programadas. Os programas do grupo anterior recorrem a estas linguagens, na sua construção.
Por experiência pessoal, quando me dedico a estudar tópicos de matemática que domino mal, ou mesmo me são estranhos, por vezes temas matematizados de outras ciências, a aprendizagem apoiada em software de cálculo permite-me mais rápida familiarização, penetração e compreensão dos assuntos em estudo. Por outro lado, entendo que certo tipo de livros não podem continuar a ser escritos como se a revolução informática não tivesse ocorrido. Não sou especialista no impacte das novas tecnologias no ensino e na aprendizagem, mas a verdade é que estão a levar a mudanças, algumas vezes profundas, neste domínio. É disto exemplo a introdução recente da simulação de alta definição, no ensino da medicina.
Resolvi por isso acompanhar o texto de algumas listagens de programas que possam ser utilizados no processo de aprendizagem. Sugiro que sejam corridos, verificado o efeito da alteração dos parâmetros sobre o comportamento do sistema, construam-se conjeturas plausíveis sobre o assunto, e sejam testadas adaptando o programa em uso às novas conceções. Não se esqueça: mais importante que os números é a sua compreensão da estrutura do problema e da lógica da solução. As listagens propostas também podem ser utilizadas como matriz a adaptar a casos particulares com que o leitor se depare.
Depois de ter passado pelo Fortran, Basic, Visual Basic 6, há uma dúzia de anos atrás passei a utilizar Maple, S-Plus®, episodicamente o Mathcad®, para desde 2005 me embrenhar também no R, Scilab e Maxima, além de espreitadelas curiosas ao Octave, FreeMath, C e Euler, que me lembre.
Hoje, admite-se que a maioria dos problemas de computação científica pode ser efetuada recorrendo a programas abertos e livres, isto é, gratuitos. Neste livro, vou utilizar sobretudo o Maxima (http://maxima.sourceforge.net/) e o Scilab (www.scilab.org). O Maxima será sobretudo usado no cálculo simbólico, procurar soluções explícitas de equações diferenciais ordinárias (EDO) e para analisar equações discretas e sistemas de duas EDO, pois funções disponíveis nas suas bibliotecas dynamics, plotdf e drawdf permitem-no fazer de modo mais expedito que no Scilab. Para a solução numérica de equações diferenciais a panóplia de recursos encontrada no Scilab,
um poderoso software para cálculo numérico, é muito mais rica que a existente no Maxima. Recorri ao R (http://r.project.org) para alguma análise estatística e criação de gráficos associados a esta.
Velten (2009), no seu livro sobre modelação e simulação, também recorre a mais de um software aberto e gratutito, incluindo o Maxima e o R, para ilustrar e apoiar a exposição. Anote- se também o guia para o uso de software livre, elaborado por Connan e Grognet (2008). Allen (2003) insere listagens em Fortran, Matlab e Maple.
O Maxima é o melhor software livre para cálculo simbólico e assim para uso geral (simbólico e numérico). Tem uma interface gráfica (wxMaxima) que facilita bastante a sua utilização e que o leitor deve avaliar por si, além das já mencionadas bibliotecas de comandos para lidar com sistemas de EDO. Um texto, em inglês, bem ilustrado, de iniciação ao uso desta interface pode ser encontrado em http://www.neng.usu.edu/cee/faculty/gurro/Maxima.html, além de outro material sobre temas específicos, incluindo a solução de ED.
É fácil encontrar na internet textos em português de iniciação ao Maxima, Scilab e R. Neste CD, insiro a segunda edição do meu livro eletrónico Iniciação ao Scilab, que também pode ser encontrado na internet, em sítios de departamentos de matemática e engenharia de algumas universidades brasileiras. A primeira edição está disponível no sítio do Scilab (www.wiki.scilab.org/Tutorials).
O livro contém várias caixas com programas em Maxima, R e Scilab que se recolheram e aprentam compiladas em pastas referentes a cada capítulo. Tanto as listagens das caixas como outros curtos grupos de comandos, numa das linguagens usadas, podem ser copiados do texto do livro para a janela adequada, do respetivo software. Vejamos agora a nomeação adotada dos ficheiros dos programas. Seja o programa da caixa 7.1, por exemplo. O seu fixeiro será denominado C_7_1. Os programas de cada capítulo guardam-se em pastas individualizadas. Certamente que os programas das caixas podem ser utilizados com outros dados e adaptados a outras situações afins, pelo leitor, e assim explorados de diversos modos.
Para mais fácil apreciação e localização apresento uma lista das caixas contendo programas, a seguir ao índice do livro.