Мария Николова (предстои допълване на темите, превеждане на английския текст и добавяне на литературните източници)

Програмиране в Matlab

Matlab разполага с пълен език за програмиране, който позволява на потребителя да пише програми. Програмата представлява последователност от оператори на Matlab, записани във файл. Тези оператори се изпълняват като в командния прозорец се напише името на файла и се натисне – т.е. с една команда.

Програмното решаване на задачи в Matlab се извършва чрез последователно интерпретиране на команди (оператори) от езика на Matlab. Тези команди могат да се запишат в обикновен текстов файл в Notepad или в М-редактора (М – file editor) и да се стартират многократно. Вграденият редактор на М-файлове автоматично позиционира ключовите думи от програмните оператори, номерира редовете и колоните и показва стойност на променлива, участваща в програмата, ако тази стойност вече съществува в Workspace. Името на M-файла е от вида - filename.m, т.е. има разширение m и затова се нарича още М-файл. М-файловете могат да бъдат скриптове (scripts), наречени още описателни или сценарии, или функции (function).

Скриптовете са най-простата разновидност на М-файл. Те се използват за автоматизиране на последователността от команди на Matlab, като изчисления, които се повтарят при изпълнението им от командния ред. Всички променливи, които скриптът създава, остават в работното пространство след като завърши изпълнението на скрипта и потребителят може да използва променливите за следващи изчисления. М-скриптовете не използват входни и изходни параметри (аргументи), оперират с данни от работната област (Workspace) и генерират резултати (данни), които се съхраняват и могат да се ползват отново в работната област.

М-функциите съдържат входни и изходни параметри. Това са променливи, с които се предават данни за изчисление на стойност (стойности) на функцията – входни параметри и променливи (или само една променлива), с които се извежда резултат от изчислението на функцията – иаходни параметри (или само един изходен параметър) . Вътрешните им променливи се явяват локални по отношение на функцията и не могат да се използват в работното пространство.

Стъпките по създаването и използването на М-файлове са:

1. 
   Създаване на файла в текстов редактор и записване под определено име и разширение .m
   
2. 
   Стартиране (извикване) на файла от командния ред в Command Window или в друг М-файл.
   

Пример1 за М-script – да се състави програма за намиране на модула от стойностите на 2 едномерни масива - вектора ( в случая матрици-ред):

b=21:0.5:30

d=sqrt(a.^2+b.^2)
Въвеждането на горните 3 реда в редактора на m-файлове става като:

1. 
   Отваря се редактора от Home-таба след натискане на бутона New Script или след натискане на бутона New и след това избиране на Script.
   
2. 
   Въвеждат се трите оператора в редактора от клавиатурата.
   

Тези три оператора на Matlab се записват под име например modul2.m като се натисне иконата Save в таб Editor от лентата на редактора или се избере Save as от падащия списък с команди под Save:

Фиг. 7. Резултат от изпълнението на скрипта

a=1:0.5:10;

b=21:0.5:30;

d=sqrt(a.^2+b.^2)

1. 
   Оператори за въвеждане и извеждане input, disp, error
   

n=input('Wawedete n>0 ')

m=input('Wawedete m>0 ')

error('n i m triabwa da sa >0');

disp (' m= a='); disp([m, a])
Оператор input извежда на екрана текста, заграден в апострофите. Потребителят въвежда число и след това натиска клавиш . Въведеното число се присвоява като стойност на името на променливата в лявата част на израза за input (за първия ред от горния пример, това е променливата n). Ако потребителят натисне без да въведе стойност, на името на променливата не се присвоява стойност. Ако се въведе оператор input без в лявата страна да има знак равно и име на променлива, (т.е. без n=), и след това се въведе стойност и се натисне , въведената стойност се присвоява на системната променлива ans.

Оператор еrror извежда съобщение (текста в апострофите) и прекъсва изпълнението на функцията

Оператор disp извежда текст или масив
Пример2 за промяна на скрипта от Пример1 с добавяне на оператор input за въвеждане от потребителя на стойност на променливата s за въвеждане на произволно число за повдигане в степен.
a=1:0.5:10

b=21:0.5:30

s=input('Въведете число: ')

d=sqrt(a.^s+b.^s)

2. 
   Структура на М-функция
   

function Име на променлива=Име на функцията(Списък от входни аргументи)

%Коментар, който се извежда на екрана при използване на команда
help Име на функцията

% Редовете с коментари (ако има такива) преди Оператор 1 също се извеждат на дисплея с help Име на функцията

Оператор 1

.
Тези оператори образуват тялото на функцията
....

Оператор n

Име на променливата=Израз

Функцията се съхранява във файл с име еднакво с Името на функцията и разширение m. Препоръчва се името на функцията да е с малки букви за да може да се използва и от други операционни системи, ако се наложи. Името на функцията трябва да бъде уникално, т.е. да не съвпада с друго име на M-файл или вградена функция. Резултатът от изпълнението на функцията Matlab присвоява на името на променливата, която се нарича изходен аргумент на функцията. В Пример3 резултатът от изпълнението на функцията се присвоява на променливата с. Входните аргументи са а и b. Стойности на а и b се задават преди извикването на функцията modul или директно се въвеждат числа на мястото на а и b.

Въвеждането на текста на функцията става в m-редактора като от Home - таба в прозореца на Матлаб се избере командaтa: New/Function. Отваря се прозорец, където има предварително въведен ред за заглавието на функцията и за коментар.Коментарът започва със знака %.

%Изчислява модула от стойностите на 2 вектора

c=sqrt(a.^2+(b.^2))%резултат
Името на файла, в заглавния ред на функцията function c=modul(a,b) е modul.m и файлът сe съхранява под същото име modul.m в работната директория на Matlab след избиране на командата Save as. За да се избегнат проблеми при изпълнението на функцията, не се препоръчва името на файла на диска да е различно от зададеното вече име в заглавния ред на функцията.
Когато се зададе команда Help modul от командния прозорец, тогава се извежда на екрана коментарния ред Изчислява модула от стойностите на 2 вектора.
Извикване (стартиране) на функцията:

Извършва се по 3 начина:

• 
  От редактора: от стрелката под бутона Run се избира Run: type code to run, натиска се върху type code to run и в появилото се име на функцията се задават стойности на аргументите
  
• 
  от командния ред на Command Window, като не се забравя да се въведат стойности на аргументите
  
• 
  от друг .m-файл посредством изписване на името на функцията и входните аргументи.
  

Фиг. Стартиране на функцията от m-редактора

Първи начин – задаване на стойности на а и b в променливи преди извикване на функцията. Въвеждат се 2 вектора v и к с данни и след това на мястото на а се въвежда v, а на мястото на b – масива к.

>> k=2:11

>> modul(v,k)
Като резултат на екрана се извеждат стойностите от резултата за модула (променлива с) в 10 колони (Columns).
c =

Columns 1 through 7

2.2361 3.6056 5.0000 6.4031 7.8102 9.2195 10.6301

Columns 8 through 10

12.0416 13.4536 14.8661
Втори начин –директно се задават стойности на входните аргументи:
>> modul(1:10,2:11)
Резултатът от изпълнението на на функцията по двата начина е един и същ.
Когато се налага да извикаме функцията в друг m-файл, трябва да въведем името на функцията с нейните аргументи в текста на програмата. Създаден е файл с име operfunc.m със следното съдържание:

v=1:10

modul(v,k)

Ако функцията притежава повече от един изходен аргумент, тогава аргументите се записват в квадратни скоби след ключовата дума function.

Файлът izrazi.m съдържа функцията izrazi с 3 изходни аргумента: c, y и z. Текстът на файла е:

%Изчислява модул от стойностите на 2 вектора, sinus и exponenta

c=sqrt(a.^2+(b.^2))%резултат за с

y=sin(c)%резултат за y

z=exp(y)%резултат за z
Извикване на функцията от командния прозорец:

>> izrazi(0,pi)

c =

y =

z =

ans =

3. 
   Условен оператор if…else…elseif…end
   

if логически израз (логическо условие)

оператори (инструкции)

end

a=input('Въведете число')

if rem(a,2) == 0

disp('a е четно')

end
Втори начин – конструкция if-else end(на англ. оператор else)
if логически израз

оператори

else

оператори

if rem(a,2) == 0

disp('a е четно')

else

end
Трети начин – конструкция if-elseif-else end (на англ. оператор elseif)

if логически израз

оператори

elseif логически израз

оператори

else

оператори

m=input(' Въведете m>0 ');

if (n<0 | m<0)

error('n и m трябва да са >0');

elseif rem (n,2)==0

% ако n>0, то е четно – да го разделим на 2

a=n/2;

else

m=n;

disp (' m= a='); disp([m, a]);

4. 
   Оператор за цикъл for
   

Няколко варианта на оператор for:

for променлива-брояч = начална стойност : крайна стойност

оператори

end

for променлива-брояч = начална стойност : стъпка на нарастване : крайна стойност

оператори

end
Трети вариант – Стойностите на брояча са равни на стойностите на зададен масив

for променлива-брояч = масив

оператори

end
Примери:

for i=1:7

a(i)=sqrt(i-1)

end

%Da se izchisli sumata ot otricatelnite elementi na matricata

sum=0

for j=1:3

if M(i,j)<0

sum=sum+M(i,j)

end

end

sum

5. 
   Оператор за цикъл while.
   

оператори

end

Действие на цикъла: „Докато стойността на логическия израз е истина (true), изпълнявай операторите между while и end. Ако стойността на логическия израз е лъжа (false), премини към оператора, следващ end”

Пример 1

while prod(1:n)<100

n=n+1;

end

for i=1:7

a(i)=sqrt(i-1)

end

while a(i)<=m

i=i+1

d=a(i)

disp(d)

6. 
   Оператор за прекъсване на изпълнението на цикъл break и оператор continue за преминаване към следващата итерация в for или while.
   

%Da se wawede matricata M=[-3.5 6 8; 4 7 9; 10 -12 0]

%Da se izchisli sumata ot elementite na matricata, dokato sumata im stane

%po-goliama ot 20

sum=0

for j=1:3

if sum>20

break

sum=sum+M(i,j)

end

end
Пример 2.

%Da se izchisli sumata ot elementite na matricata, dokato sumata im stane

%po-goliama ot 20

%Da se izwede elementyt, pri kojto sumata e po-goliama ot 20 i indeksite mu

sum=0

for j=1:3

if sum>20

break

sum=sum+M(i,j)

%za da poluchim weren resultat za elementa, sahraniawame indeksite

%mu w drugi dwe promenliwi k i l

k=i

l=j

end

%kogato se izwegdat i i j, resultayt za B(i,j) i indkesite e neweren

disp(' sum M(i,j) i j '); disp([sum M(i,j) i j])

disp(' sum M(k,l) k l '); disp([sum M(k,l) k l])

%Da se wawede matricata M=[-3.5 6 8; 4 7 9; 10 -12 0]

%Da se izchisli sumata ot otricatelnite elementi na matricata s izpolzwane

%na operator continue

sum=0

for j=1:3

if M(i,j)>0

continue

sum=sum+M(i,j)

end

end

7. 
   Оператор switch за избор на един от няколко възможни варианти
   

case израз 1

оператор 1 ... оператор n

case { израз 1, израз 2, израз n}

оператор 1 ... оператор n

…

otherwise

end

Стойността на израза (променливата) след switch се сравнява със стойностите на изразите след case и ако е равна на някоя от техните стойности, се изпълнява оператора (операторите) след case. В противен случай се изпълняват операторите между otherwise и end.

%operator za razklonenie switch

x=input('wawedete chislo rawno na 1, 0 ili -1 ')

switch x

case 1

case -1

case 0

otherwise

disp('drugo chislo razlichno от 1, 0, -1')

end