Слайд 2
Рекомендуемая литература:
(ftp://10.13.6.252/pub/OMM)
Половко А.М., Бутусов П.Н. MATLAB для студентов.
– СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 320 с.
Дьяконов В.П. MATLAB
6: учебный курс. – СПб.: Питер, 2001. – 592 с.
Дьяконов В.П., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник.
Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1/7.0 + Simulink 5/6. Основы применения. Серия «Библиотека профессионала». – М.: СОЛОН. Пресс, 2005. – 800 с.
Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6R в математике и моделировании. Серия Библиотека профессионала. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 576 с.
Потемкин В. Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.х: в 2-х т.
Чен К., Джиблин П. Ирвинr А. МAТLAВ в математических исследованиях: Пер. с анrл. – М.: Мир, 2001. – 346 c.
Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. MATLAB 7. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 1104 с.
Слайд 3
Введение
Использование командного режима (режима командной строки, командное окно)
не является основным при использовании возможностей среды MATLAB. Однако
при решении ряда серьезных задач возникает необходимость сохранения используемых последовательностей вычислений, а также их дальнейшей модификации. Иными словами, существует необходимость программирования решения задач.
Практически невозможно предусмотреть в одной, даже самой большой и мощной, математической системе возможность решения всех задач, которые могут интересовать пользователя. Программирование в системе MATLAB является эффективным средством ее расширения и адаптации к решению специфических проблем. Оно реализуется с помощью языка программирования системы. Программы на языке программирования MATLAB сохраняются в виде текстовых m-файлов. При этом могут сохраняться как целые программы в виде файлов-сценариев, так и отдельные программные модули — функции. Кроме того, важно, что программа может менять структуру алгоритмов вычислений в зависимости от входных данных и данных, создаваемых в ходе вычислений.
С позиций программиста язык программирования системы является типичным проблемно-ориентированным языком программирования высокого уровня. Точнее говоря, это даже язык сверхвысокого уровня, содержащий сложные операторы и функции, реализация которых на обычных языках (например, Бейсике, Паскале или Си) потребовала бы много усилий и времени. К таким функциям относятся матричные функции, функции быстрого преобразования Фурье (БПФ) и др., а к операторам — операторы построения разнообразных графиков, генерации матриц определенного вида и т. д.
Слайд 4
1. Основные средства программирования
Программами в системе MATLAB
являются m-файлы текстового формата, содержащие запись программ в виде
программных кодов.
Язык программирования системы MATLAB имеет следующие средства:
данные различного типа;
константы и переменные;
операторы, включая операторы математических выражений;
встроенные команды и функции;
функции пользователя;
управляющие структуры;
системные операторы и функции;
средства расширения языка.
Слайд 5
Основные средства программирования
Коды программ в системе MATLAB пишутся
на языке высокого уровня, достаточно понятном для пользователей умеренной
квалификации в области программирования. Язык программирования MATLAB является типичным интерпретатором. Это означает, что каждая инструкция программы распознается и тут же исполняется, что облегчает обеспечение диалогового режима общения с системой. Этап компиляции всех инструкций, т. е. полной программы, отсутствует. Высокая скорость выполнения программ обеспечена наличием заведомо откомпилированного ядра, хранящего в себе критичные к скорости выполнения инструкции, такие как базовые математические и иные функции, а также тщательной отработкой системы контроля синтаксиса программ в режиме интерпретации.
Интерпретация означает, что MATLAB не создает исполняемых конечных программ. Они существуют лишь в виде m-файлов. Для выполнения программ необходима среда MATLAB. Однако для программ на языке MATLAB созданы компиляторы, транслирующие программы MATLAB в коды языков программирования С и C++. Это решает задачу создания исполняемых программ, первоначально разрабатываемых в среде MATLAB.
Слайд 6
2. Основные типы данных
Типы данных array и
numeric являются виртуальными («кажущимися»), поскольку к ним нельзя отнести
какие-либо переменные. Они служат для определения и комплектования некоторых типов данных. Таким образом, в MATLAB определены следующие основные типы данных, в общем случае представляющих собой многомерные массивы:
single — числовые массивы с числами одинарной точности;
double — числовые массивы с числами удвоенной точности;
char — строчные массивы с элементами-символами;
sparse — наследует свойства double, разреженные матрицы с элементами-числами удвоенной точности;
сеll — массивы ячеек; ячейки, в свою очередь, тоже могут быть массивами;
struct — массивы структур с полями, которые также могут содержать массивы;
function_handle — дескрипторы функций:
int32, uint32 — массивы 32-разрядных чисел со знаком и без знаков;
intl6,uint!6 — массивы 16-разрядных целых чисел со знаком и без знаков;
int8. uint8 — массивы 8-разрядных целых чисел со знаками и без знаков.
Слайд 7
3. Виды программирования
Система программирования MATLAB позиционируется как
язык высокого уровня для научно-технических расчетов.
Язык программирования системы
MATLAB вобрал в себя все средства, необходимые для реализации различных видов программирования:
процедурного;
операторного;
функционального;
логического;
структурного (модульного);
объектно-ориентированного;
визуально-ориентированного.
Слайд 8
Двойственность операторов, команд и функций
Для языка системы
MATLAB различие между командами (выполняемыми при вводе с клавиатуры)
и программными операторами (выполняемыми из программы) является условным. И команды, и программные операторы могут выполняться как из программы, так и в режиме прямых вычислений. Под командами далее в основном понимаются средства, управляющие периферийным оборудованием, под операторами — средства, выполняющие операции с операндами (данными).
Функция преобразует одни данные в другие. Для многих функций характерен возврат значений в ответ на обращение к ним с указанием списка входных параметров — аргументов. Например, говорят, что функция sin(x) в ответ на обращение к ней возвращает значение синуса аргумента х. Поэтому функцию можно использовать в арифметических выражениях, например 2*sin(x+1). Для операторов (и команд), не возвращающих значения, такое применение обычно абсурдно.
Слайд 9
4. М-файлы сценариев и функций
И в командной
строке, и в текстах m-файлов функции записываются только малыми
буквами. Для функций, возвращающих ряд значений или массивов (например X, Y, Z,...), запись имеет следующий вид:
[X,Y,Z, ...]=f_name(Cписок_параметров)
Есть два типа m-файлов: файлы-сценарии и файлы-функции.В процессе своего создания они проходят синтаксический контроль с помощью встроенного в систему MATLAB редактора/отладчика m-файлов.
Слайд 10
М-файлы сценариев
Файл-сценарий, именуемый также Script-файлом, является просто записью
серии команд без входных и выходных параметров. Важны следующие
свойства файлов-сценариев:
они не имеют входных и выходных аргументов;
работают с данными из рабочей области;
в процессе выполнения не компилируются;
представляют собой зафиксированную в виде файла последовательность операций, полностью аналогичную той, что используется в сессии.
Слайд 11
Пример файла-сценария
%Plot with color red
%Строит график
синусоиды линией красного цвета
%с выведенной масштабной сеткой в
интервале [xmin.xmax]
x=xmin:0.1:xmax;
plot(x, sin(x),'r')
grid on
Первые три строки здесь — это комментарий, остальные — тело файла.
Слайд 12
Структура файла-функции
М-файл-функция является типичным объектом языка программирования
системы MATLAB. Одновременно он является полноценным модулем с точки
зрения структурного программирования, поскольку содержит входные и выходные параметры и использует аппарат локальных переменных.
Структура такого модуля с одним выходным параметром выглядит следующим образом:
function var=f_name(Cпиcoк_napaмeтpов)
%Основной комментарий
%Дополнительный комментарий
Тело файла с любыми выражениями
vаr=выражение
Слайд 13
Структура файла-функции
М-файл-функция имеет следующие свойства:
он начинается с
объявления function, после которого указывается имя переменной var —
выходного параметра, имя самой функции и список ее входных параметров;
функция возвращает свое значение и может использоваться в виде name (Список_параметров) в математических выражениях;
все переменные, имеющиеся в теле файла-функции, являются локальными, т. е. действуют только в пределах тела функции;
файл-функция является самостоятельным программным модулем, который общается с другими модулями через свои входные и выходные параметры;
правила вывода комментариев те же, что у файлов-сценариев;
файл-функция служит средством расширения системы MATLAB;
при обнаружении файла-функции он компилируется и затем исполняется, а созданные машинные коды хранятся в рабочей области системы MATLAB.
Последняя конструкция vаг=выражение вводится, если требуется, чтобы функция возвращала результат вычислений.
Слайд 14
Структура файла-функции
Если выходных параметров больше, то они указываются
в квадратных скобках после слова function. При этом структура
модуля имеет следующий вид:
function [varl,var2....]=f_name(Список_параметров)
%Основной комментарий
%Дополнительный комментарий
Тело файла с любыми выражениями
vаг1=выражение
vаг2=выражение
Слайд 15
Примеры файл-функции
function y=Norm(x,m,D);
sko=sqrt(D);
y=exp((-(x-m).^2)/(2*D))
/(sko*sqrt(2*pi));
Использование файл-функции в М-файле
figure(1);
x=1:70; m1=25; D1=20;
m2=40; D2=30;
y1=Norm(x,m1,D1);
y2=Norm(x,m2,D2);
y3=y1+y2;
plot(x,y1,x,y2,x,y3); grid on;
Слайд 16
5. Управляющие структуры
Помимо программ с линейной структурой,
инструкции которых исполняются строго по порядку, существует множество программ,
структура которых нелинейна. При этом ветви программ могут выполняться в зависимости от определенных условий, иногда с конечным числом повторений — циклов, иногда в виде циклов, завершаемых при выполнении заданного условия. Практически любая серьезная программа имеет нелинейную структуру. Для создания таких программ необходимы специальные управляющие структуры. Они имеются в любом языке программирования, и в частности в MATLAB.
Слайд 17
if-else-end
if Условие Выражение_1 Оператор_отношения_Выражение_2
Инструкции_1
else
Инструкции_2
end
В
качестве Операторов_отношения используются следующие операторы: ==, ,
>= или ~=. Все эти операторы представляют собой пары символов без пробелов между ними.
Слайд 18
if-elself-else-end
if Условие
Инструкции_1
elself Условие
Инструкции_2
else
Инструкции_3
end
ПРИМЕР
if x
y=1.0;
end;
Слайд 19
Циклы for...end
Конструкции циклов типа for...end обычно используются
для организации вычислений с заданным числом повторяющихся циклов. Конструкция
такого цикла имеет следующий вид:
for vаг=Выражение
Инструкция....
end
Выражение чаще всего записывается в виде s:d:e, где s — начальное значение переменной цикла var, d — приращение этой переменной и е — конечное значение управляющей переменной, при достижении которого цикл завершается. Возможна и запись в виде s :е (в этом случае d=1). Список выполняемых в цикле инструкций завершается оператором end.
Слайд 20
Пример (for...end )
figure(1)
for x=1:100
y(x)=0.01*x;
end
plot(1:x,y(1:x)); grid on;
Слайд 21
Пример совместного использования операторов for-end и if-end
figure(2)
x=1:0.5:100;
for i=1:length(x)
if (x(i)>0)&&(x(i)
if (x(i)>=20)&&(x(i)<50)
y(i)=2+cos(x(i));
end
if (x(i)>=50)&&(x(i)<=100)
y(i)=log(x(i));
end
end
plot(x,y); grid on;
Слайд 22
Циклы while...end
Цикл типа while выполняется до тех
пор, пока выполняется Условие:
while Условие
Инструкции
end
Слайд 23
Пример (while, if-end)
%------while--------
x=0; dx=0.01; i=1;
while x
x
else y=1.0;
end;
x=x+dx;
x1(i)=x;
y1(i)=y;
i=i+1;
end
figure(1)
plot(x1,y1); grid on;
Слайд 24
Для осуществления множественного выбора (или ветвления) используется конструкция
с переключателем типа switch
switch switch_Bыражение
case саsе_Выражение
Список_инструкций
case {саsе_Выражение1, cаsе_Выражение2, ....}
Список_инструкций
…
otherwise. Список_инструкций
end
Если выражение после заголовка switch имеет значение одного из выражений саsе_Выражение..., то выполняется блок операторов case, в противном случае — список инструкций после оператора otherwise. При выполнении блока case исполняются те списки инструкций, для которых сазе_Выражение совпадает со switch_Выражением.
Слайд 25
Пример использования оператора switch-case-end
figure(3)
z=zeros(1,10);
for x=1:10
switch x
case {1,2,3}
z(x)=4;
case {4,5,6,7}
z(x)=2;
otherwise
z(x)=7;
end
end
bar(z);
