Elementy programowania
w MATLABIE

Opracował

Dr inż. Mirosław Kwiesielewicz

Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Politechnika Gdańska

email: [e-mail]

url: http://www.ely.pg.gda.pl/~mkwies/

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

2

Wprowadzenie



Pliki zawierające kod języka programowania
MATLABA nazywają się M-plikami:



funkcje, które na podstawie wprowadzonych

argumentów zwracają wynik,



skrypty, wykonujące sekwencje komend

MATLABA;



M-pliki tworzy się za pomocą edytora tekstowego



Wykonanie M-pliku poprzez wywołanie go z
poziomu poleceń MATLABA

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

3

Charakterystyka M-plików

Skrypty



Nie posiadają argumentów
wejściowych, ani wyjściowych



Operują na danych w
przestrzeni roboczej



Wygodne, kiedy często należy
wykonać sekwencję tych
samych poleceń

Funkcje



Mogą posiadać argumenty
wejściowe i wyjściowe



Wewnętrzne zmienne są
lokalne dla funkcji



Wygodne do rozszerzenia
MATLABA o własne
aplikacje

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

4

Struktura funkcji

function f = fact(n)
% FACT Factorial
% FACT(N) return ...
% Put simply, FACT(N)....

f=prod(1:n);

Linia definicji. Nazwa funkcji

oraz argumenty wejściowe
i wyjściowe

Linia H1. Wykorzystywana

przez polecenie lookfor

Tekst pomocy. Wyświetlany

przy pomocy polecenia
help, łącznie z linią H1.

Cia

ł

o funkcji. Kod

obliczeniowy

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

5

Skrypty



Skrypty są najprostszym rodzajem M-plików.



Nie posiadają ani argumentów wejścia, ani wyjścia



Są wygodne do wielokrotnego wykonywania
sekwencji komend



Operują na danych z przestrzeni roboczej
(WorkSpace) lub tworzą nowe dane



Utworzone dane również pamiętane są w przestrzeni
roboczej



Po zakończeniu działania skryptu wszystkie dane
pozostają w przestrzeni roboczej

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

6

Przykładowy skrypt

% An M-file script ......
theta = -pi:0.01:pi;
rho(1,:) = 2*sin(5*theta).^2;
...
...
for i=1:4

polar(theta,rho(i,:))
pause

end

Linia komentarza

Linie oblicze

ń

Wy

ś

wietlanie wyników

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

7

Przykład funkcji

function

y = average(x)

% AVERAGE Mean of vector elements.

% AVERAGE(X), where X is a vector, is the mean of vector

elements.

% Non-vector input results in an error.

[m,n] = size(x);

if

(~((m==1) | (n==1) | (m==1 & n==1)))

error(

'Input must be a vector'

)

end

y = sum(x)/length(x);

% Actual computation

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

8

Nazwy funkcji



Nazwa funkcji musi się zaczynać litrą



MATLAB wykorzystuje 31 pierwszych znaków



Generalnie liczba znaków zależy od systemu
operacyjnego



Jeśli nazwa funkcji w linii definicji jest inna niż
nazwa pliku, w którym funkcja jest zapamiętana,
przyjmowana jest ta ostatnia



Lepiej jednak używać tych samych nazw

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

9

Kolejność poszukiwania nazwy



zmienne w przestrzeni roboczej



zbiór podfunkcji zawartych w tym samym pliku co
funkcja wywołująca



zbiór funkcji w katalogu prywatnym



katalogi ustawione w ścieżce dostępu

Uwaga. Funkcja po wywołaniu przechowywana jest

w pamięci w postaci pseudokodu. Do jej usunięcia
komenda clear.

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

10

Tworzenie pseudokodu funkcji



Pseudokod funkcji tworzy się przy użyciu polecenia
pcode, np.:

pcode average;



Polecenie to tworzy Pseudokod funkcji w pliku
average.p



Polecenie jest użyteczne w przypadku wywoływania
aplikacji graficznych oraz, gdy użytkownik chce
ukryć kod napisanej funkcji

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

11

Przekazywanie argumentów
funkcji



MATLAB przekazuje te parametry funkcji przez
wartość, które funkcja modyfikuje



Jeśli funkcja nie zmienia argumentu, ale używa go
tylko w obliczeniach, to MATLAB przekazuje
argument przez odniesienie w celu optymalizacji
wykorzystania pamieci

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

12

Przestrzeń robocza funkcji



Każda M-funkcja posiada własny obszar pamięci,
oddzielony od przestrzeni roboczej MATLABA



Obszar ten zwany jest przestrzenią roboczą funkcji



Każda funkcja posiada swój własny obszar roboczy



W MATLABIE można zdefiniować zmienne globalne

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

13

Sprawdzenie liczby argumentów
funkcji

Funkcje nargin i nargout pozwalają na określenie z

jaką liczbą argumentów wejściowych i wyjściowych
funkcja jest wywoływana, n.p.:

function c = testtarg1(a,b)
if (nargin == 1)

c = a.^2;

eleseif (nargin == 2)

c = a + b;

end;

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

14

Przekazanie liczby zmiennych
argumentów



Funkcje varargin i varagout pozwalają na
przekazanie liczby wejść i zwrócenie liczby wyjść.



MATLAB przechowuje argumenty w specjalnej
tablicy cell array.

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

15

Zmienne lokalne i globalne



Każda funkcja, zdefiniowana w MATLABIE posiada
swoje własne zmienne lokalne



W celu dostępu do danej zmiennej z innej funkcji
lub przestrzeni roboczej MATLABA należy tą
zmienną zadeklarować jako globalną we wszystkich
miejscach, gdzie ma dostępna, n.p.:

global ALPHA BETA



Zalecane jest użycie wielkich liter.

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

16

Zmienne i stałe specjalne



ans - zawiera ostatnią zmienną, jeśli do wyrażenia
nie przypisano żadnej zmiennej wyjściowej



eps - dokładność operacji zmiennoprzecinkowych
w MATLABIE



realmax - największa liczba zmiennoprzecinkowa



realmin - najmniejsza liczba zmiennoprzecinkowa



pi - 3.141592...



i,j - jednostki urojone



inf, NaN, ver

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

17

Instrukcje sterujące



Instrukcja warunkowa if, else i elseif



Instrukcja wyboru switch z case i otherwise



Pętla while



Pętla for

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

18

Instrukcja warunkowa if, else i
elseif

Składnia

if wyra

ż

enie_logiczne

instrukcje

elseif wyra

ż

enie_logiczne

instrukcje

else

instrukcje

end

Przykład

if n < 0

disp(‘musi byc >=0’);

elseif rem(n,2)==0

a=n/2;

else

a=(n+1)/2;

end

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

19

Instrukcja wyboru

Składnia

switch wyra

ż

enie_logiczne

case warto

ść

1

instrukcje

case warto

ść

2

instrukcje

otherwise

instrukcje

end

Przykład

switch input_num

case -1

disp(‘negative one’);

case 0

disp(‘zero’);

case 1

disp(‘positive one’);

otherwise

disp(‘other value’);

end

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

20

Pętla while

Składnia

while wyra

ż

enie

instrukcje

end



Pętla while wykonuje
instrukcje tak długo dopóki
wyrażenie jest prawdziwe



W przypadku macierzy
wszystkie jej elementy muszą
być prawdziwe



Można ją przerwać
poleceniem break

Przykład

n=1;
while prod(1:n) < 1e100

n=n+1;

end



Powyższa pętla znajduje
pierwszą liczbę naturalną
dla której n! jest liczbą 100
cyfrową

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

21

Pętla for

Składnia

for indeks=start:krok:koniec

instrukcje

end



Domyślna wartość kroku
wynosi 1



Dla ujemnego kroku koniec
kiedy indeks < koniec

Przykład

min_value=a(1);

for i=2:n

if a(i)<min_value

min_value=a(i);

end

end

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

22

Podfunkcje

function [avg, mec]=newstats(u)
%NEWSTATS Find mean and .....
n=length(u);
avg=mean(u,n);
med=median(n,u);

function a=mean(v,n)
%Calculate average
a=sum(v)/n;

function m=median(v,n)
%Calculate median
...
end

Funkcja główna
Primary function

Podfunkcja 1
Subfunction

Podfunkcja 2
Subfunction

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

23

Funkcje prywatne



Muszą być umieszczone w katalogu o specjalnej
nazwie private i są widoczne tylko przez funkcje z
katalogów wyższych



Można w ten sposób definiować funkcje o takich
samych nazwach jak oryginalne funkcje pakietu



Należy utworzyć po prostu katalog private

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

24

Polecenia użyteczne przy
tworzeniu własnych M-plików



disp - wyświetlenie tekstu lub macierzy



echo - wyświetlenie tekstu lub macierzy



error - przerwanie wykonywania M-pliku



input - wprowadzenie danej wejsciowej



keybord - udostępnienie klawiatury



menu - tworzenie listy wyboru



pause - zatrzymanie wykonywania M-pliku



return - powrót do funkcji wywołującej lub linii
komend

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

25

Niestandardowe uruchamianie
poleceń



eval - uruchomienie polecenia podanego jako stała
łańcuchowa



feval - wywołanie i przekazanie parametrów funkcji

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

26

Funkcje pomocnicze



clock - CLOCK = [year month day hour minute seconds]



cputime - czas w sekundach od uruchomienia MATLABA



etime - pomiar różnicy czasów



flops - liczba wykonanych operacji zminnoprzecinkowych



tic, toc - załączenie i wyłączenie stopera

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

27

Operacje wejścia wyjścia



Otwieranie i zamykanie plików



Operacje wejścia/wyjścia niesformatowane



Operacje wejścia/wyjścia sformatowane



Operacje wskaźnikowe

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

28

Polecenie input



Składnia

x=input(‘text’)
x=input(‘text’,’s’)



Opis

Wyświetla tekst i zwraca

zmienną wprowadzoną
przez użytkownika



Przykład

i=input(‘Czy liczyc dalej?(T/N)’,’s’);
if isempty(i)

i=‘Y’;

end

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

29

Polecenie disp



Składnia

disp(X)



Opis

Wyświetla macierz



Przykład

disp(‘text’)

2007-10-08

M. Kwiesielewicz. Elementy programowania w MATLABIE

30

Polecenie fprintf



Składnia

fprintf(łańcuch,lista)



Opis

Formatowane wyświetlanie wyniku
- łańcuch oznacza format - lista listę

zmiennych



Przykłady elementów
łańcucha

%f
%.3f
%.3e



Więcej szczegółów - opis
języka C