Сделай Сам Свою Работу на 5

М-файлы сценариев и функций

Структура и свойства файлов сценариев

Итак, мы установили, что работа в командном режиме (сессия) не является программированием. Внешним атрибутом последнего в MATLAB служит задание последовательности действий по программе, записанной в виде m-файла. В уроке 5 было показано, что для создания m-файлов может использоваться как встроенный редактор, так и любой текстовый редактор, поддерживающий формат ASCII. Подготовленный и записанный на диск m-файл становится частью системы, и его можно вызывать как из командной строки, так и из другого m-файла. Есть два типа m-файлов: файлы-сценарии и файлы-функции. Важно, что в процессе своего создания они проходят синтаксический контроль с помощью встроенного в систему MATLAB редактора/отладчика m-файлов.

Файл-сценарий, именуемый также Script-файлом, является просто записью серии команд без входных и выходных параметров. Он имеет следующую структуру:

«Основной комментарий %Дополнительный комментарий Тело файла с любыми выражениями 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.

Основным комментарием является первая строка текстовых комментариев, а дополнительным — последующие строки. Основной комментарий выводится при выполнении команд lookfor и help имя_каталога. Полный комментарий выводится при выполнении команды help Имя_файла. Рассмотрим следующий файл-сценарий:

%Plot with color red

%Строит график синусоиды линией красного цвета

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. Обратите внимание на возможность задания комментария на русском языке. Знак % в комментариях должен начинаться с первой позиции строки. В противном случае команда help name не будет воспринимать комментарий (иногда это может понадобиться) и возвратит сообщение вида No help comments found in-name.m.



Обратите внимание на то, что такой файл нельзя запустить без предварительной подготовки, сводящейся к заданию значений переменным xmin и хтах, использованным в теле файла. Это следствие первого свойства файлов-сценариев — они работают с данными из рабочей области. Переменные, используемые в файлах-сценариях, являются глобальными, т. е. они действуют одинаково в командах сессии и внутри программного блока, которым является файл-сценарий. Поэтому заданные в сессии значения переменных используются и в теле файла. Имена файлов-сценариев нельзя использовать в качестве параметров функций, поскольку файлы-сценарии не возвращают значений. Можно сказать, что файл-сценарий — это простейшая программа на языке программирования MATLAB [ Файлы-сценарии нельзя компилировать. Перед компилированием их нужно преобразовать в файлы-функции — Примеч. ред. ].

Рис.20.2.Пример работы с файлом pcr

 

Статус переменных в функциях

Переменные, указанные в списке параметров функции, являются локальными и служат для переноса значений, которые подставляются на их место при вызовах функций.

Эта особенность переменных-параметров хорошо видна при разборе примера, показанного на рис. 20.3. Здесь (признаемся, что неточно) задана некоторая функция двух переменных fun(x, у).

В этом примере в окне редактора создана функция fun двух переменных х и у, вычисляющая z = х 2 2 . Поскольку переменные х и у указаны как параметры функции fun(x, у), то они являются локальными. В примере вне тела функции им заданы нулевые значения. Очевидно, что при вычислении значения fun(2, 3) в теле функции задается х=2 и у=3. Поэтому результат — z=13. Однако после выхода из тела функции переменные х и у принимают свои исходные значения, равные нулю. Так что эти переменные меняют свои значения на значения параметров функции только локально — в пределах тела функции.
А каков статус переменной z в нашем примере? Она, как и любая переменная, определенная в теле функции, также будет локальной. Изначально ее значение не определено. В теле функции переменная принимает значение z=13. А после возврата из функции, как нетрудно увидеть из рис. 18.2, переменная z, несмотря на ее применение в теле функции, остается неопределенной. На это указывает сообщение, отображаемое после попытки вывода значения переменной z.

Рис. 20.3.Пример, поясняющий действие локальных и глобальных переменных при задании файла-функции

Возврат из функции производится после обработки всего тела функции, т. е. при достижении конца файла функции. При использовании в теле функции условных операторов, циклов или переключателей иногда возникает необходимость осуществить возврат функции раньше, чем будет достигнут конец файла. Для этого служит команда return. В любом случае, результатом, возвращаемым функцией, являются значения выходных параметров (в нашем случае выходным параметром является переменная z), присвоенные им на момент возврата.

У нашей функции имеется один недостаток — вывод на индикацию значения z=13 из тела функции, хотя после этого г остается равным 0. Чтобы убрать побочный эффект вывода значения z, достаточно установить знак ; после математического выражения, определяющего z. Таким образом, окончательно наша функция должна записываться следующим образом:

function z=fun(x,y)

z=x^2+y^2;

Этот пример наглядно показывает, что пропуск любого слова или даже простого оператора (вроде знака :) может привести к не сразу понятным побочным эффектам и даже неверной работе функции. Программирование требует особой точности и педантичности, именно поэтому далеко не все могут быть хорошими программистами.

 

Структура М-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(Cnncoк_napaмeтpов)

%Основной комментарий

%Дополнительный комментарий

Тело файла с любыми выражениями

vаr=выражение

М-файл-функция имеет следующие свойства:

· он начинается с объявления function, после которого указывается имя переменной van — 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.

Приведенная форма файла-функции характерна для функции с одним выходным параметром. 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

Такая функция во многом напоминает процедуру. Ее нельзя слепо использовать непосредственно в математических выражениях, поскольку она возвращает не единственный результат, а множество результатов — по числу выходных параметров. Если функция используется как имеющая единственный выходной параметр, но имеет ряд выходных параметров, то для возврата значения будет использоваться первый из них. Это зачастую ведет к ошибкам в математических вычислениях. Поэтому, как отмечалось, данная функция используется как отдельный элемент программ вида:

[var1,va2,... ]=f_nаmе(Список_параметров)

После его применения переменные выхода varl, var2,... становятся определенными и их можно использовать в последующих математических выражениях и иных сегментах программы. Если функция используется в виде nаmе(Список_параметров), то возвращается значение только первого выходного параметра — переменной varl.

 

Статус переменных и команда global

Итак, из сказанного ясно, что переменные в файлах-сценариях являются глобальными, а в файлах-функциях — локальными. Нередко применение глобальных переменных в программных модулях может приводить к побочным эффектам. Применение локальных переменных устраняет эту возможность и отвечает требованиям структурного программирования.

Однако передача данных из модуля в модуль в этом случае происходит только через входные и выходные параметры, что требует тщательного планирования такой передачи. В жизни мы далеко не всегда едим черную икру (локальные переменные) и часто хотим отведать черного хлебушка (глобальные переменные). Так и при создании файлов-функций порой желательно применение глобальных переменных. Ответственность за это должен брать на себя программист, создающий программные модули.

Команда global varl var2... позволяет объявить переменные модуля-функции глобальными. Таким образом, внутри функции могут использоваться и такие переменные, если это нужно по условиям решения вашей задачи [ Чтобы несколько программных модулей могли совместно использовать глобальную переменную, i идентификатор должен быть объявлен как global во всех модулях. ].

Использование подфункций

Начиная с версии 5.0 в функции системы MATLAB можно включать подфункции. Они объявляются и записываются в теле основных функций и имеют идентичную им конструкцию. Не следует путать эти функции с внутренними функциями, встроенными в ядро системы MATLAB. Ниже представлен пример функции с подфункцией:

function [mean.stdev] = statv(x)

USTATV Interesting statistics.

%Пример функции с встроенной подфункций

n = length(x);

mean = avg(x.n);

stdev = sqrt(sum((x-avg(x.n)). ^ 2)/n);

%--------------------------------------

function m = avg(x.n) £Mean subfunction m = sum(x)/n;

В этом примере среднее значение элементов вектора х вычисляется с помощью подфункции avg(x.n), тело которой записано в теле основной функции statv. Пример использования функции statv представлен ниже:

» V=[l 2345]

V=

» [a,m]=statv(V)

а =

m =

1.4142 » statv(V)

ans =

» help statv

STATV Interesting statistics.

Пример функции с встроенной подфункций

Подфункции определены и действуют локально, т. е. только в пределах т-файла, определяющего основную функцию. Команда help пате выводит комментарий, относящийся только к основной функции, тогда как команда type name выводит весь листинг m-файла. Так что заданные в некотором m-файле подфункции нельзя использовать ни в командном режиме работы, ни в других т-файлах. При обращении к функции интерпретатор системы MATLAB прежде всего просматривает m-файл на предмет выявления подфункций. Если они обнаружены, то задаются как локальные функции. Благодаря локальному действию подфункций их имена могут совпадать с именами основных функций системы. Если в функции и подфункциях должны использоваться общие переменные, их надо объявить глобальными как в функции, так и в ее подфункциях.

 

Диалоговый ввод

Приведем простой пример диалоговой программы, которую легко поймут приверженцы доброго старого Бейсика:

% Вычисление длины окружности с диалоговым вводом радиуса

r=0;

while r>=0,

r=input('Введите радиус окружностиr=');

if r>=0 disp(' Длина окружности l='); disp(2*pi*r), end

end

Эта программа служит для многократного вычисления длины окружности по вводимому пользователем значению радиуса г. Обратите внимание на то, что здесь мы впервые показываем пример организации простейшего диалога. Он реализован с помощью команды input: MnputCВведите радиус окружности r='):

При выполнении этой команды вначале выводится запрос в виде строки, затем происходит остановка работы программы и ожидается ввод значения радиуса г (в общем случае числа). Ввод, как обычно, подтверждается нажатием клавиши Enter, после чего введенное число присваивается переменной г. Следующая строка

if r>=0 disp(' Длина окружности l = '); disp(2*pi*r);end

с помощью команды disp при r>=0 выводит надпись «Длина окружности 1=» и вычисленное значение длины окружности. Она представляет собой одну из наиболее простых управляющих структур типа if...end. В данном случае она нужна для остановки вычислений, если вводится отрицательное значение г (прием, который любят начинающие программисты).

Приведенные строки включены в управляющую структуру while...end. Это необходимо для циклического повторения вычислений с вводом значений r. Пока r>=0. цикл повторяется. Но стоит задать r<0, вычисление длины окружности перестает выполняться, а цикл завершается.

Если данная программа записана в виде m-файла circ.m, то работа с ней будет выглядеть следующим образом:

» circ

Введите радиус окружности R=1

Длина окружности l=

6.2832

Введите радиус окружности R=2

Длина окружности l=

12.5664

Введите радиус окружности R=-1

»

Итак, на примере даже простой программы мы видим пользу применения управляющих структур типа if...end и whi1e...end, а также функций диалогового ввода input('String') и вывода disp. Обратите внимание на завершение работы программы при вводе любого отрицательного числа для радиуса окружности.

Функция Input может использоваться и для ввода произвольных строковых выражений. При этом она задается в следующем виде:

input('Комментарий'. V)

При выполнении этой функции она останавливает вычисления и ожидает ввода строкового комментария. После ввода возвращается набранная строка. Это иллюстрирует следующий пример:

» S=input('Введите выражение ','s') Введите выражение (Вводим) 2*sin(l)

S =

2*sin(l)

» eval(S)

ans =

1.6829

Обратите внимание на то, что функция eval позволяет вычислить выражение, заданное (полученное от функции input) в символьном виде. Вообще говоря, возможность ввода любого символьного выражения в сочетании с присущими языку программирования MATLAB управляющими структурами открывает путь к созданию диалоговых программ любой сложности [ Нужно проявлять большую осторожность при применении eval и input, так как программы с их с использованием не всегда возможно компилировать. Впрочем, р-коды таких программ можно использовать с сервером run-time. — Примеч. ред. ].

Условный оператор

Условный оператор if в общем виде записывается следующим образом:

if Условие

Инструкции_1

elself Условие

Инструкции_2

else

Инструкции_3

end

Эта конструкция допускает несколько частных вариантов. В простейшем, типа! f...end: if Условие Инструкции end

Пока Условие возвращает логическое значение 1 (то есть «истина»), выполняются Инструкции, составляющие тело структуры if...end. При этом оператор end указывает на конец перечня инструкций. Инструкции в списке разделяются оператором , (запятая) или ; (точка с запятой). Если Условие не выполняется (дает логическое значение 0, «ложь»), то Инструкции также не выполняются.

Еще одна конструкция

if Условие

Инструкции_1

else

Инструкции_2

end

выполняет Инструкции_1, если выполняется Условие, или Инструкции_2 в противном случае.

Условия записываются в виде:

Выражение_1 Оператор_отношения Выражение_2,

причем в качестве Операторов_отношения используются следующие операторы: ==, <, >, <=, >= или ~=. Все эти операторы представляют собой пары символов без пробелов между ними.

Мы уже неоднократно показывали применение этой общеизвестной управляющей структуры в программных модулях. Читателю предлагается опробовать собственные варианты программ с условным оператором.

 

Циклы типа for...end

Циклы типа for...end обычно используются для организации вычислений с заданным числом повторяющихся циклов. Конструкция такого цикла имеет следующий вид:

for vаг=Выражение. Инструкция. .... 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=l). Список выполняемых в цикле инструкций завершается оператором end.

Следующие примеры поясняют применение цикла для получения квадратов значений переменной цикла:

» for 1=1:5 i^2. end;

ans =

ans =

ans =

ans =

ans =

» for x=0:.25:1 Х ^ 2, end:

ans =

ans =

0.0625

ans =

0.2500

ans =

0.5625

ans =

Оператор continue передает управление в следующую итерацию цикла, пропуская операторы, которые записаны за ним, причем во вложенном цикле он передает управление на следующую итерацию основного цикла. Оператор break может использоваться для досрочного прерывания выполнения цикла. Как только он встречается в программе, цикл прерывается. Возможны вложенные циклы, например:

for i=1:3

for j=l:3

A(1.j)=i+j;

end

end

В результате выполнения этого цикла (файл for2.m) формируется матрица А:

» for2

» А

А =

2 3 4

3 4 5

4 5 6

»

Следует отметить, что формирование матриц с помощью оператора : (двоеточие) обычно занимает намного меньше времени, чем с помощью цикла. Однако применение цикла нередко оказывается более наглядным и понятным. MATLAB допускает использование в качестве переменной цикла массива А размера тхп. При этом цикл выполняется столько раз, сколько столбцов в массиве А, и на каждом шаге переменная var представляет собой вектор, соответствующий текущему столбцу массива А:

» А=[1 2 3:4 5 6]

А =

1 2 3

4 5 6

» for var=A; var, end

var =

var =

var=

Циклы типа while...end

Цикл типа while выполняется до тех пор, пока выполняется Условие:

while Условие Инструкции end

Пример применения цикла while уже приводился. Досрочное завершение циклов реализуется с помощью операторов break или continue.

 

Конструкция переключателя

Для осуществления множественного выбора (или ветвления) используется конструкция с переключателем типа switch:

switch switch_Bыражение

case саsе_Выражение

Список_инструкций

case {саsе_Выражение1, Саsе_выражение2, саsе_ВыражениеЗ....}

Список_инструкций

otherwise. Список_инструкций end

Если выражение после заголовка switch имеет значение одного из выражений са5е_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_Bbipa-жением. Обратите внимание на то, что сазе_Выражение может быть числом, константой, переменной, вектором ячеек или даже строчной переменной. В последнем случае оператор case истинен, если функция strcmp (значение, выражение) возвращает логическое значение «истине».

Поясним применение оператора switch на примере m-файла swl.m:

switch van

case {1,2,3}

dispCПервый квартал')

case {4,5,6}

disp('Второй квартал')

case {7,8,9}

d.isp( 'Третий квартал')

case {10.11,12}

dispC Четвертый квартал')

otherwise

disp('Ошибка в задании')

end

Эта программа в ответ на значения переменной van — номера месяца — вычисляет, к какому кварталу относится заданный месяц, и выводит соответствующее сообщение:

» var=2;

» swl

Первый квартал

» var=4;swl

Второй квартал

» var=7:swl

Третий квартал

» var=12;swl

Четвертый квартал

» var=-l;swl

Ошибка в задании

Создание паузы в вычислениях

Для остановки программы используется оператор pause. Он используется в следующих формах:

· pause — останавливает вычисления до нажатия любой клавиши;

· pause(N) — останавливает вычисления на N секунд;

· pause on — включает режим отработки пауз;

· pause off — выключает режим отработки пауз.

Следующий пример поясняет применение команды pause:

for i=1:20;

х =rand(1,40);

у =rand(1,40);

z = sin(x.*y);

tri = delaunay(x.y);

trisurf(tri,x,y,z)

paused);

end

Команда paused) здесь обеспечивает показ 20 рисунков — построений трехмерных поверхностей из треугольных окрашенных областей со случайными параметрами.

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.