36426

Программирование в MatLab

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Листинг 1 содержит файлпрограмму для вывода графиков функции на отрезке [22] для значений параметра . Например для вычисления суммы при различных значениях x потребуется файлфункция текст которой приведен на листинге 2. Файлфункция для вычисления суммы function s=sum10x s=0; for k=1:10 s=sx. Файлфункция negsum см.

Русский

2013-09-21

140.5 KB

37 чел.

Лабораторная работа 1

Программирование в MatLab

Язык программирования MatLab достаточное простой, он содержит основной набор конструкций: операторы ветвления и циклы. Простота языка программирования окупается огромным количеством встроенных функций, которые позволяют решать задачи из различных областей.

Цикл for используется для повторения операторов в случае, когда число повторений заранее известно. В цикле for используется счетчик цикла, его начальное значение, шаг и конечное значение указываются через двоеточие. Блок операторов, размещенный внутри цикла, должен заканчиваться словом end. Листинг 1 содержит файл-программу для вывода графиков функции  на отрезке [-2,2], для значений параметра .

Листинг 1. Графики функции при различных значениях параметра

x=[-2:0.01:2];

for beta=-0.5:0.1:0.5

y=exp(beta*x).*sin(x);

plot(x,y)

hold on

end

hold off

Если шаг равен единице, то его указывать не обязательно. Например, для вычисления суммы

при различных значениях x потребуется файл-функция, текст которой приведен на листинге 2. Обратите внимание, что sum10 может быть вызвана как от числа, так и от массива значений, благодаря применению поэлементных операций.

Листинг 2. Файл-функция для вычисления суммы

function s=sum10(x)

s=0;

for k=1:10

s=s+x.^k/factorial(k);

end

Подумайте над тем, как избежать нахождения факториала в каждом слагаемом (при вычислении k-го слагаемого можно использовать значение , найденное на предыдущем шаге цикла).

Цикл for подходит для повторения заданного числа определенных действий. В том случае, когда число повторов заранее неизвестно и определяется в ходе выполнения блока операторов следует организовать цикл while. Цикл while работает, пока выполнено условие цикла. Файл-функция negsum (см. листинг 3) находит сумму всех первых отрицательных элементов вектора.

Листинг 3. Файл-функция negsum

function s=negsum(x)

s=0;

k=1;

while x(k)<0

s=s+x(k);

k=k+1;

end

В качестве операторов отношения используются символы: >, < , >=, <=, == (равно), ~= (не равно). Файл-функция negsum имеет один недостаток: если все элементы массива — отрицательные числа, то k становится больше длины массива x, что приводит к ошибке, например:

” b=[-2 -7 -1 -9 -2 -5 -4];

” s=negsum(b)

??? Index exceeds matrix dimensions.

Кроме проверки значения x(k) следует позаботится о том, чтобы значение k не превосходило длины вектора x. Вход в цикл должен осуществляться только при одновременном выполнении условий k<=length(x) и x(k)<0, т. е. необходимо применить логический оператор "и", обозначаемый в MatLab символом &. Замените условие цикла на составное: k<=length(x) & x(k)<0. Если первое из условий не выполняется, то второе условие проверяться не будет, именно поэтому выбран такой порядок операндов. Теперь файл-функция negsum работает верно для любых векторов.

Логический оператор "или" обозначается символом вертикальной черты |, а отрицание — при помощи тильды ~. Ниже приведены логические операции по мере убывания их приоритета:

отрицание ~ ;

операторы отношения >, < , >=, <=, == , ~= ;

логическое "и" & ;

логическое "или" | .

Для изменения порядка выполнения логических операторов используются круглые скобки.

Циклы могут быть вложены друг в друга. Например, для поиска суммы элементов матрицы, расположенных выше главной диагонали, следует использовать два цикла for, причем начальное значение счетчика внутреннего цикла зависит от текущего значения счетчика внешнего цикла (см. листинг 4).

Листинг 4. Использование вложенных циклов

function s=upsum(A)

[n m]=size(A);

s=0;

for i=1:n

for j=i+1:m

s=s+A(i,j);

end

end

Ветвление в ходе работы программы осуществляется при помощи конструкции if-elseif-else. Самый простой вариант ее использования (без elseif и else) реализован в файл-функции possum (см. листинг 5), которая предназначена для нахождения суммы всех положительных элементов вектора.

Листинг 5. Файл-функция для суммирования положительных элементов вектора

function s=possum(x)

s=0;

for k=1:length(x)

if x(k)>0

s=s+x(k);

end

end

Если ход программы должен изменяться в зависимости от нескольких условий, то следует использовать полную конструкцию if-elseif-else. Каждая из ветвей elseif в этом случае должна содержать условие выполнения блока операторов, размещенных после нее. Важно понимать, что условия проверяются подряд, первое выполненное условие приводит к работе соответствующего блока, выходу из конструкции if-elseif-else и переходу к оператору, следующему за end. У последней ветви else не должно быть никакого условия. Операторы, находящиеся между else и end, работают в том случае, если все условия оказались невыполненными. Предположим, что требуется написать файл-функцию для вычисления кусочно-заданной функции:

Первое условие  проверяется в ветви if. Обратите внимание, что условие  не требуется включать в следующую ветвь elseif (см. листинг 6), поскольку в эту ветвь программа заходит, если предыдущее условие () оказалось не выполнено. Условие  проверять не надо — если не выполнены два предыдущих условия, то x будет больше двух.

Листинг 6. Файл-функция для вычисления кусочно-заданной функции

function f=pwf(x)

if x<-1

f=1-exp(-1-x);

elseif x<=2

f=x^2-x-2;

else

f=2-x;

end

Ход работы программы может определяться значением некоторой переменной (переключателя). Такой альтернативный способ ветвления программы основан на использовании оператора переключения switch. Переменная-переключатель помещается после switch через пробел. Оператор switch содержит блоки, начинающиеся со слова case, после каждого case записывается через пробел то значение переключателя, при котором выполняется данный блок. Последний блок начинается со слова otherwise, его операторы работают в том случае, когда ни один из блоков case не был выполнен. Если хотя бы один из блоков case выполнен, то происходит выход из оператора switсh и переход к оператору, следующему за end.

Предположим, что требуется найти количество единиц и минус единиц в заданном массиве и, кроме того, найти сумму всех элементов, отличных от единицы и минус единицы. Следует перебрать все элементы массива в цикле, причем в роли переменной-переключателя будет выступает текущий элемент массива. Листинг 7 содержит файл-функцию, которая по заданному массиву возвращает число минус единиц в первом выходном аргументе, число единиц — во втором, а сумму — в третьем.

Листинг 7. Файл-функция mpsum

function [m,p,s]=mpsum(x)

m=0;

p=0;

s=0;

for i=1:length(x)

switch x(i)

case -1

m=m+1;

case 1

p=p+1;

otherwise

s=s+x(i);

end

end

Блок case может быть выполнен не только при одном определенном значении переключателя, но и в том случае, когда переключатель принимает одно из нескольких допустимых значений. В этом случае значения указываются после слова case в фигурных скобках через запятую, например: case {1,2,3}. 

Досрочное завершение цикла while или for осуществляется при помощи оператора break.

Пусть, например, требуется по заданному массиву x образовать новый массив y по правилу  до первого нулевого элемента , т.е. до тех пор, пока имеет смысл операция деления. Номер первого нулевого элемента в массиве x заранее неизвестен, более того, в массиве x может и не быть нулей. Решение задачи состоит в последовательном вычислении элементов массива y и прекращении вычислений при обнаружении нулевого элемента в x. Файл-функция, приведенная на листинге 8, демонстрирует работу оператора break.

Листинг 8. Использование оператора break для выхода из цикла

function y=div(x)

for k=1:length(x)-1

if x(k)==0

break

end

y(k)=x(k+1)/x(k);

end

Задания лабораторной работы 1

  1.  Написать файл-функции для решения поставленных далее задач.
  2.  Сохранить их в отдельных m-файлах.
  3.  Вызвать созданные файл-функции из файл-программы (командной строки), предварительно указав значения параметров функций.

Задачи:

1. Вычислить произведение элементов вектора , не превосходящих среднее арифметическое значение его элементов.

2. Определить количество положительных элементов вектора Х, расположенных между его максимальным и минимальным элементами.

3. Заменить положительные элементы вектора Х суммой всех его отрицательных элементов.

4. Заполнить квадратную матрицу A размерности n на n (n=5), каждый элемент  которой определяется с помощью вектора  X следующим образом:

5. Подсчитать число единиц в полученной матрице А.

6. Просуммировать положительные элементы матрицы А, лежащие ниже главной диагонали.

7. Вычислить сумму для заданного  при n=5:

8. Для полученной матрицы  и заданного  (n=5) найти значение выражения:

9. По заданному  найти максимальное значение n, для которого следующая сумма не превосходит 100:

10. Построить модель поведения некоторого объекта, а именно, вычислить сумму

с заданной точностью =0.001. Суммировать следует пока разность соседних слагаемых превосходит . Сравнить результат с точным значением, построив графики  и s(x) для .

11. Построить модель определения покрытия радиостанциями некоторой географической точки. Пусть заданы окружности, координаты их центров содержатся в массивах X и Y, а радиусы в массиве R. Известны координаты некоторой точки Т. Для всех вариантов: . Требуется вывести график, на котором маркером отмечено положение точки, синим цветом изображены те окружности, внутри которых лежит точка, а остальные окружности нарисованы красным цветом.

Варианты:

1.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.4

3

-4

-3

5

-7

8

-3

-2

1

Yi

3

3

4

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

2.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.7

2

-1

-3

5

-7

5

-3

-2

4

Yi

2

3

-1

3

4

5

2

1

0

3

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

3.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.5

4.1

-1

-2

5

-7

8

-3

-2

5

Yi

3

3

1

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

4.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.3

2.5

-5

-1

4

-7

8

-3

-1

3

Yi

3

3

4

0

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

5.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.7

3.8

-1

-9

4

-6

8

-3

-2

1

Yi

3

3

1

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

6.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.4

2.5

-7

-8

3

-6

9

-1

-3

-4

Yi

3

3

4

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

7.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.8

4.1

-5

-3

8

-2

4

-6

-1

7

Yi

3

3

4

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

8.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.7

2.5

-7

-2

9

-4

5

-7

-1

3

Yi

3

3

4

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

9.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.3

0.5

-1

-7

3

-2

1

-4

-6

-7

Yi

3

3

1

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

10.

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Xi

0.4

3.4

-2

-3

6

-2

4

-7

-3

-2

Yi

3

3

1

3

3

5

2

1

0

2

Ri

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

Пример выполнения задания

Вычислить сумму элементов вектора , не меньших разности значений его первых двух элементов.

Основная файл-программа task0.m

x=[0.4 3 -4 -3 5 -7 8 -3 -2 1];

ss=sumbig1(x)

Создаем файл-функцию нахождения разности чисел

function s=razn12(a,b)

s=a-b;

Создаем файл-функцию нахождения искомой суммы

function p=sumbig1(x)

s=razn12(x(1),x(2))

p=0;

for k=1:length(x)

   if x(k)>=s

       p=p+x(k);

   end

end

PAGE  7


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76925. Орган зрения: общий план строения. Глазное яблоко и его вспомогательный аппарат 183.74 KB
  Изменения внутренней оси глаза короткая длинная сказываются на положении фокуса световых лучей. Оболочки глаза состоят: из фиброзной оболочки с прозрачной и круглой передней частью роговицей диаметром в 12 мм толщиной в 1 мм; и с задней частью плотной белесоватой склерой толщиной от 04 до 1 мм; из сосудистой оболочки с тремя частями: собственно сосудистой ресничным телом радужкой со зрачком; из сетчатой оболочки с наружной пигментной и внутренней светочувствительной частью. Внутреннее ядро глаза представлено водянистой влагой...
76926. Преломляющие среды глазного яблока: роговица, жидкость камер глаза, хрусталик, стекловидное тело 181.53 KB
  Стекловидное тело находится в стекловидной камере. Объем его у взрослого - 4 мл. По составу - это гелеобразная среда с наличием в остове особых белков: витрозина и муцина, с которыми связана гиалуроновая кислота, что обеспечивает вязкость и упругость тела
76927. Сосудистая оболочка глаза, ее части. Механизм аккомодации 180.92 KB
  Ресничное тело средний отдел сосудистой оболочки расположен в виде кругового валика соответственно месту перехода роговицы в склеру сзади от радужки с которой срастается наружным ресничным краем. В центре радужка имеет зрачок ограниченный зрачковым краем сосудистой оболочки а противоположный ему край называется ресничным. В сосудистой оболочке находятся ресничные артерии: задние и передние; короткие и длинные. Из венозной сети сосудистой оболочки формируются вортикозные вены 46 проходящие через склеру и впадающие в...
76928. Сетчатая оболочка глаза. Проводящий путь зрительного анализатора 181.61 KB
  Внутренняя или сетчатая оболочка глаза плотно срастается с сосудистой по всей площади соприкосновения. Центральная ямка макулы сосредотачивает только колбочковые нейросенсорные клетки и в нее ldquo;упираетсяrdquo; оптическая ось глаза. Проводящий зрительный путь Рецепторное поле это сетчатая оболочка глаза с палочко и колбочковидными клетками содержащими светочувствительный пигмент родопсин йодопсин.
76929. Вспомогательный аппарат глазного яблока 179.9 KB
  Чувствительная иннервация осуществляется за счет глазничной ветви тройничного нерва при помощи: длинных ресничных ветвей из носоресничного нерва и подглазничного нерва от второй ветви пятой пары. Иннервация мышц происходит из глазодвигательного нерва: прямые мышцы верхняя нижняя медиальная нижняя косая подниматель верхнего века. Из отводящего нерва снабжается прямая латеральная мышца; из блокового верхняя косая; из лицевого нерва круговая мышца глаза. Их топография строение кровоснабжение иннервация.
76930. Органы вкуса и обоняния 180.85 KB
  Во вкусовых почках передних 2 3 третей языка обнаружен сладко чувствительный белок а в задней части горько чувствительный. Вкусовые вещества адсорбируются микроворсинками вкусовых сенсорных эпителиоцитов и в них сталкиваются с рецепторными белками клетки что изменяет проницаемость мембран вкусовых эпителиоцитов и генерирует импульс. На боковых поверхностях вкусовых клеток замыкаются: в области передних 2 3 языка терминали барабанной струны промежуточного нерва VII черепной пары; на задней 1 3 языка и слизистой неба и глотки ...
76931. Анатомия кожи и ее производных. Молочная железа: топография, строение, кровоснабжение, иннервация 191.33 KB
  В нем залегают корни волос потовые и сальные железы лимфоидные узелки иммунной системы. В сумку открывается проток сальной железы. Потовые glndule sudorifere это простые трубчатые железы в количестве 225 млн. По строению и функции потовые железы делятся на мерокриновые и апокриновые.
76932. Классификация желез внутренней секреции 181.69 KB
  Щитовидная и паращитовидные железы принадлежащие этой группе имеют энтодермальное происхождение и развиваются из эпителия глоточной части первичной кишки из закладки между 1й и 2й висцеральными дугами. В процессе развития формируется щитоязычный проток из дистальных отделов которого возникают доли и перешеек щитовидной железы после чего проток редуцируется. Паращитовидные железы развиваются из эпителия 34 висцеральных жаберных карманов глоточной кишки.
76933. Бранхиогенные железы 180.89 KB
  Внутри железы находятся дольки лежащие между фиброзными перегородками трабекулами. Размеры железы: поперечный 3060 мм продольный 50 мм высота перешейка 515 мм; масса железы 2530 г. Паращитовидные железы гландула паратиреоидеа верхние и нижние овальные тельца длиной 48 мм шириной 34 мм толщиной 23 мм.