Лабораторная работа №1 Ознакомление с пакетом Matlab. Операции с матрицами

Цель работы: ознакомление с пакетом Matlab, получение навыков работы с матрицами.

Теоретические сведения Структура и рабочие окна пакета Matlab

Система Matlab состоит из пяти основных частей:

Язык Matlab. Это язык матриц и массивов высокого уровня с управлением по­токами, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования.

Среда Matlab. Это набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь или программист Matlab. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве Matlab, вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки М-файлов и приложений Matlab.

Управляемая графика. Это графическая система Matlab, которая включает в себя команды высокого уровня для визуализации двух- и трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстрированной графики. Она также включает в себя команды низкого уровня, позволяющие полностью редактировать внешний вид графики, также как при создании Графического Пользовательского Интерфейса (GUI) для Matlab приложений.

Библиотека математических функций. Это обширная коллекция вычислительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма, синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, таких как обращение матриц, нахождение собственных значений, функции Бесселя, быстрое преобразование Фурье.

Программный интерфейс. Это библиотека, которая позволяет писать программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с Matlab. Она включает средства для вызова программ из Matlab (динамическая связь), вызывая Matlab как вычислительный инструмент и для чтения-записи mat-файлов.

О Simulink. Simulink, сопутствующая Matlab программа, — это интерактивная система для моделирования динамических систем. Она представляет собой среду, управляемую мышью, которая позволяет моделировать процесс путем перетаскивания блоков диаграмм на экране и их манипуляцией. Simulink работает с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.

При загрузке системы Matlab появляется несколько окон системы.

Окно Command Window. Окно Command Window (Окно команд) является для пользова­теля наиболее важным. Посредством этого окна вводят­ся математические выражения, получаются результаты вычисле­ний, а также выдаются сообщения, посылаемые системой. Данное окно становится доступным пользователю сразу же после запуска программы. Математические выражения пишутся в командной строке после знака приглашения >>.

Необходимо набрать в строке ввода выражение

Для выполнения действия нажать клавишу Enter.

Результат выведется ниже

Если нужно исправить одну из цифр, то ничего не по­лучится. Невозможность редактирования ранее введенной коман­ды простой установкой курсора в нужную строку является одной из особенностей системы Matlab. Для того чтобы отредакти­ровать ранее введенную команду, необходимо установить курсор в строку ввода и воспользоваться клавишами и. Эти клавиши позволяют пролистать стек введенных ранее команд и оставить в строке ту команду, которая необходима. Команду можно выполнить сразу (нажав клавишуEnter) или после ре­дактирования.

Понятие о файлах-сценариях. В командном режиме выполнять решения задач нецелесообразно, т. к. исправить возможные ошибки после нажатия клавиши Enter уже нельзя. По­этому записывать программы, их редактировать и отлаживать необходимо в так называемых m-файлах. m-файл создается при выполнении команды New меню File. Для ускорения этой команды выведена специальная пикто­грамма в виде белой странички с загнутым уголком на панели инструментов. Щелкнув по пиктограмме стрелкой мышки, получаем окно m-файла, на ко­тором можно записывать, редактировать и отлаживать любые программы решения научных и инженерных задач. Данный m-файл по умолчанию имеет название Untitled (Безымянный). Чтобы дать ему имя, необходимо в меню этого окна File выполнить команду Save as и в другом окне указать папку и имя этого файла. После указания имени и сохранения m-файла он готов для выполнения записанной программы. Для этого необходимо щелкнуть мыш­кой по пиктограмме Выполнить. Она выполнена в виде страницы со стрел­кой, направленной вниз. Результат выполнения программы или сообще­ния об ошибках появится в окне команд. Описанный процесс называется соз­данием m-файла сценария сессии. Файл-сценарий, именуемый также Script-файлом, имеет простую структуру:

% Основной комментарий, если необходимо.

% Дополнительный комментарий, если необходимо.

Тело программы с любыми выражениями.

Важными являются следующие свойства файлов-сценариев:

1. Они не имеют входных и выходных аргументов.

2. Работают с данными из рабочей области.

3. В процессе выполнения не компилируются.

4. Представляют собой последовательность операции, аналогичную той, что используется в сессии.

Окно команд имеет еще два управляющих элемента, в правом верхнем углу. Это кнопка закрытия окна , и расположенная левее кнопка отделения окна от интерфейса системы. После нажатия на эту кнопку окно становится автономным, имею­щим собственное меню. Возврат окна в общий интерфейс проис­ходит посредством выбора из его главного меню пунктовView Dock Command Window (Вид Пристыковать окно команд). Такими же кнопками снабжены другие четыре окна.

Рассмотренное окно является основным и, в принципе, при рабо­те с системой Matlab можно было бы обойтись без других.

Однако наличие остальных окон делают диалог с компьютером легким и комфортным.

Окно Workspace. В процессе работы используются переменные различных типов. Созданные переменные хранятся в специально отведенной облас­ти памяти компьютере. Они не исчезают сами по себе, а только при выходе из программы или с помощью специальных команд.

При этом переменные (точнее их значения) можно использовать в любом вводимом математическом выражении. Окно Workspace (Рабочая область) предоставляет пользователю спи­сок всех переменных, хранящихся в рабочем пространстве. Выбрать можно любую переменную, просмотреть ее содержимое или выполнить какие-либо другие действия.

Упомянутые действия выполняются посредством контекстного меню (нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по имени пере­менной в списке).

Окно Current Directory. Окно Current Directory (Текущий каталог) является аналогом известной программы Проводник, но имеет для Matlab свое особое предназначение.

Дело в том что, кроме работы с математическими выражениями из командного окна, пользователь также может работать с фай­лами. К тому же используемые математические функции, физически представляют собой файлы, названные по именам функции. В этих файлах за­писаны программы, реализующие функции. Таким образом, пользователь постоянно использует файлы. Например, указывая встроенную функцию, фактически пишется имя файла (без расширения), в котором хранится текст программы. В этом случае система будет искать требуемый файл в текущем каталоге или в пути доступа.

Окно Command History. Все команды, которые набираются в командной строке Command Window (Окно команд), автоматически образуют спи­сок, который и выводится в окне Command History (История команд). Чем полезен этот список? Если появилась необходи­мость повторить ранее выполненную команду, то она отыскива­ется в списке Command History (История команд), и, дважды щелкнув по ней левой кнопкой мыши, можно команду выпол­нить.

Можно выполнить нужную последовательность команд из ко­мандной строки и получить соответствующую последователь­ность команд в Command History (История команд). Нескольки­ми простыми действиями полученная последовательность может быть преобразована в программу. Содержимое данного окна не теряется после выхода из системы и выключения компьютера. Удалить список команд можно только с помощью меню.

Окно Launch Pad. Окно Launch Pad (Панель запуска) содержит дерево файловой системы, где отображены только установленные на компьютере программные продукты, входящие в систему Matlab. С по­мощью этого окна можно запустить любой из них. Те же дейст­вия легко осуществить посредством кнопки Start (Пуск), распо­ложенной в левом нижнем углу окна Matlab.