Aula6 programação
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O documento resume os principais tópicos de uma aula sobre Matlab, incluindo o que é Matlab, suas janelas, variáveis, operadores, estruturas de controle de fluxo e funções.
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- 3. O que é o Matlab? • O MATLAB (do inglês Matrix Laboratory) é um software de computação numérica de análise e visualização de dados. Embora seu nome signifique Laboratório de Matrizes, seus propósitos atualmente são bem mais amplos. • O Matlab nasceu como um programa para operações matemáticas sobre matrizes, mas ao longo dos anos transformou‐se em um sistema computacional bastante útil e flexível. • Seu ambiente de trabalho é fácil de ser utilizado, pois os problemas e soluções são escritos em linguagem matemática e não na linguagem de programação tradicional, como muitos outros softwares utilizam. • Assim o MATLAB é uma ferramenta e uma linguagem de programação de alto nível, e tem como principais funções: construção de gráficos e compilação de funções, manipulação de funções específicas de cálculo e variáveis simbólicas. • Além disso, o MATLAB possui uma grande quantidade de bibliotecas auxiliares (“Toolboxes”) que otimizam o tempo gasto para realizar tarefas, uma vez que, o usuário poderá utilizar muitas funções já definidas, poupando o tempo de criá‐ las. Por outro lado, infelizmente, os programas feitos são difíceis de serem executados num ambiente fora do MATLAB. 3/24
- 4. O que é o Matlab? • MATLAB é uma linguagem de alto nível que possui toolboxes especializadas para facilitar a vida do programador. Matlab Linguagem de alto nível como C, Java, Phynton, etc Assembly A ferramenta traz também muitas facilidades para elaboração de gráficos e interfaces para usuário: Telas gráficas de programação (botões, menus, radio button, etc; 4/24
- 5. Tela de Entrada do Matlab 1 ‐ Janela de Comandos 2 – Janela das Variáveis na Memória 3 – Histórico dos Comandos 4 ‐ Pasta de Trabalho 5 – Muda a Pasta de Trabalho Nota: Ao iniciar no Matlab, ajuste a sua pasta de trabalho, em 5 5/24
- 6. Janelas no Matlab As janelas do Matlab são flexíveis, podendo fechar, abrir, mudar o tamanho, mudar o layout, abrir nova janela, etc; Para restaurar a janela padrão use o procedimento acima. 6/24
- 7. Janelas no Matlab Para iniciar a edição de um programa em Matlab vá em File / New / Script Ou opcionalmente tecle: CTRL + N. 7/24
- 8. Comandos de Propósito geral e de Memória Comando Descrição help Ajuda em tempo real (on‐line). O texto é apresentado na tela da linha de comando. Ex: >> help disp helpwin Ajuda em tempo real (on‐line). O texto é apresentado em uma janela de navegação separada. Ex: helpwin ver informa as versões do MATLAB, SIMULINK e toolboxes. whatsnew Descreve a contibuição nesta nova versão do matlab bench Realiza teste de desempenho no seu computador who lista as variáveis atuais na memória whos lista as variáveis atuais, suas dimensões e memória que cada uma ocupa. clear limpa toda a memória da área de trabalho; clear arg exclui a função ou variável arg da memória da área de trabalho. Pack desfragmenta a memória da área de trabalho. Save / Load salva e recupera as variáveis da memória da área de trabalho em arquivo. Ex: save c:MATLABarq x y quit encerra a sessão de trabalho do MATLAB. What lista os nomes de arquivos de funções e comandos de um grupo específico do MATLAB dos Executa comandos do DOS. 8/24
- 9. Comandos de Propósito geral e de Memória Comando Descrição edit edita arquivo do MATLAB. Ex: >> edit arq lookfor busca a palavra‐chave em todos os arquivos contidos no caminho do MATLAB. Ex: lookfor palavra type lista o conteúdo de um arquivo de comandos do MATLAB. Ex: type arq path verifica ou define o caminho de diretórios. Exemplo: path; path= ’c:usuarioMATLAB’; addpath adiciona diretórios ao caminho rmpath remove o diretório descrito na string nome ao caminho atual. echo habilita ou inibe a apresentação dos resultados de comando de um arquivo MATLAB na linha de comando. Ex: echo on; echo off more habilita ou inibe a paginação do texto na tela de comandos. Ex: more on; more off diary salva todo o texto da sessão de trabalho em arquivo. format determina o formato no qual os dados serão expressos na janela de comando. cd altera o diretório de trabalho atual. Ex: cd c:MATLABusuario pwd exibe o diretório de trabalho atual. dir lista os arquivos do diretório atual. 9/24
- 10. Variáveis no Matlab int a; double b; float c; Não é necessário declarar as variáveis Todas as variáveis ão criadas com precisão dupla a s menos que especificado, e todas variáveis são matrizes; >> x= int32(555) >> y = [3. 67 8] >> z = 40 >> size(y) >> size(x) Após estas declarações, as variáveis ão matrizes com s precisão dupla (double). >> whos 10/24
- 11. Tipos de dados no Matlab Digite os seguintes comandos no Matlab: >> m = 'Maria' >> y = [3. 67 8] >> a = int64(56) >> b = int32(a) >> c = int8(y) >> class(a) >> class(b) >> m = [b, 77] >> whos >> length(a) >> help whos >> x1 = [1 ‐5 6] >>x3 = [2 ; ‐3] >> roots(x1) >> poly(x3) >> aluno.nome = 'Jose‘ >> aluno.idade = 20 >> aluno.nota = 76 >> whos >> disp(aluno) >> disp(aluno.nome) >> fprintf('n Nome do aluno: %sn', aluno.nome) >> size(aluno) >> size(aluno.nome) >> aluno.nota = [aluno.nota 99] >> aluno.nome = [aluno.nome ' da Silva'] 11/24
- 13. Matrizes no Matlab • Exemplos: >> x = [1 2 5 1] >> x(0) >> x(1) >> x(2) >> y = [1 2 3; 5 1 4; 3 2 -1] >> m = y’ % transposta >> t =1:10 >> k =2:-0.5:-1 >> B = [1:4; 5:8] >> x1 = zeros(1,3) >> x2 = ones(1,3) >> x3 = rand(2,3) >> x4 = 100*rand(4,2) >> x4(3) >> x4(3,:) >> x4(:,1) Em Matlab, o índice das matrizes começa em 1, ao contrário das demais ferramentas de programação que começa em 0. >> m4 = [] % matriz vazia >> m4 = [m4 'Maria'] >> m4 = (1) >> m4(10) >> syms x a b f >> f = a*x^2 + b*x >> g = x3 + 2x2 + 3x + 4 >> diff (f, x) % derivada >> p = [-1 3 2 -5] %polinômio >> polyval(p, 1) 13/24
- 14. Arquivos .MAT e .m As matrizes também podem ser definidas através de informação armazenada em arquivos. O MATLAB adota o formato com extensão padrão MAT. 1. Os arquivos MAT são gerados no MATLAB usando o comando save, que contém o nome do arquivo e as matrizes ou variáveis que devem ser salvas. A extensão .mat é automaticamente adicionada ao nome do arquivo. Para recuperar estas variáveis é usado o comando load. Ex: save arq1 / whos / clear all / whos / load arq1 / whos 2. Todo programa ou script escrito em Matlab deve possuir a extensão .m. Ao salvar um arquivo de programa, a ferramenta automaticamente adiciona esta extensão. No caso de funções, o nome do arquivo também deve ter o mesmo nome da função. 14/24
- 15. Operador Dois Pontos ( : ) O uso do operador dois pontos (:) é útil na criação de matrizes ou vetores. Suponha que queiramos armazenar a primeira coluna da matriz data1 em um vetor x, e a segunda coluna em um vetor y. Dependendo do argumento, pode significar todas as linhas ou todas as colunas da matriz‐referência. >> data1 = [0.0,0.0; 0.1 0.2; 0.3 0.6]; >> x = data1 ( : , 1); >> y = data1 ( : , 2 ); >> z = data1(2,:) >> H = 1 : 8; A matriz H contém os valores 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8. O operador “ : ” entre os dois números inteiros gera todos os inteiros entre os dois números especificados. Se for usado para separar três números, os dois pontos gerarão valores entre o primeiro e terceiro números, usando o segundo número como incremento. A notação abaixo gera um vetor linha denominado TEMPO que contém os números de 0.0 a 5.0 com incrementos de 0.5 >> TEMPO = 0.0 : 0.5 : 5.0 15/24
- 16. Operadores em Matlab Aritméticos / Relacionais / Lógicos : Help / Matlab / Functions / Programming and data Types Help / Matlab / Functions / Mathematics / Arrays / Operators / Arithmetic && AND || OR ~ NOT XOR Operadores Binários Aritméticos Básicos < <= > >= == ~= & | ~ menor que; menor ou igual a; maior que; maior ou igual a; igual a; diferente de; e ou não Relacionais (IF) 16/24
- 17. Funções Matemáticas Elementares abs (x) Calcula o valor absoluto de x. sqrt(x) Calcula a raiz quadrada de x. round(x) Arredonda o valor de x para o inteiro mais próximo. fix(x) Arredonda o valor de x para o inteiro mais próximo de zero. floor(x) Arredonda o valor de x para o inteiro mais próximo de ‐ ∞ ceil(x) Arredonda o valor de x para o inteiro mais próximo de + ∞ sign(x) Se x é menor que zero, a função retorna ao valor – 1; se x for igual a zero, retorna ao valor zero; caso contrário, a função retorna ao valor 1. rem(x,y) Retorna o resto da divisão x/y. Por exemplo, rem (25,4) é 1, e rem (100,21) é 16. exp(x) Esta função retorna ao valor de ex, onde e é a base para logaritmo natural ou aproximadamente 2.718282 log(x) Retorna a ln x, o logaritmo natural de x para a base e. log10(x) Retorna a log10x, ou seja, o logaritmo de x na base 10. sin(x) / cos(x) seno e cosseno (x em radianos) 17/24
- 19. MANIPULAÇÃO DE MATRIZES Constante Descrição zeros zeros(n) cria uma matriz quadrada composta de zeros; zeros(n,m) cria uma matriz n x m composta de zeros; zeros(size(a)) cria um matriz com as mesmas dimensões da matriz a, composta de zeros. Exemplo: zeros(4); zeros(2,3); ones(n) cria uma matriz quadrada composta de elementos iguais a 1; zeros(n,m) cria uma matriz n por m composta de elementos iguais a 1; zeros(size(a)) cria um matriz com as mesmas dimensões da matriz a, composta de elementos iguais a 1. Exemplo: ones(4); ones(2,3); ones(size(a)). cria uma matriz identidade ou matriz com diagonal 1. Ex: eye(n); eye(n,m); ones(size(a)); cria uma matriz com elementos gerados aleatoriamente. Sintaxe: rand(n); rand(n,m); rand(size(a)); o mesmo de rand, porém neste caso a distribuição segue o padrão normal, enquanto rand segue padrão uniforme. extrai diagonais de matrizes e cria um vetor com estes elementos. Ex: diag(m,k); diag(m); cria um vetor com elementos linearmente espaçados. Sintaxe: linspace(x1,x2);y = linspace(x1,x2,N); plot (y) cria um vetor com elementos logaritmicamente espaçados. Ex: logspace(x1,x2); logspace(x1,x2,N). 19/24 ones eye rand randn diag linspace logspace