1.6. Операторы управления вычислительным процессом

1.6. Операторы управления вычислительным процессом

Вообще говоря, операторы управления необходимы, главным образом, для организации вычислительного процесса, который записывается в виде некоторого текста программы на языке программирования высокого уровня. При этом к операторам управления вычислительным процессом обычно относят операторы безусловного перехода, условных переходов (разветвления вычислительного процесса) и операторы организации циклических процессов. Тем не менее, система MatLAB построена таким образом, что эти операторы могут быть использованы при роботе MatLAB и в режиме калькулятора.

В языке MatLAB отсутствует оператор безусловного перехода и, в соот-

ветствии с этим, нет понятию метки. Это обстоятельство затрудняет организацию перехода вычислительного процесса к любому предшествующему или следующему оператору программы.

Все операторы цикла и условного перехода построены в MatLAB в виде составного оператора, который начинается одним из служебных слов if, while, switch или for и заканчивается служебным словом end. Операторы между этими словами воспринимаются системой как части одного сложного оператора. Поэтому нажатие клавиши <Enter> при переходе к следующей строке не приводит в этом случае к выполнению этих операторов. Выполнение операторов начинается лишь тогда, если введена "завершающая скобка" сложного оператора в виде слова end, а затем нажата клавиша <Enter>. Если несколько составных операторов такого типа вложены друг в друга, вычисления начинаются лишь тогда, когда записан конец end наиболее охватывающего (внешнего) составного оператора. Отсюда следует возможность осуществления даже в режиме калькулятора довольно сложных и объемных (состоящих из многих строк и операторов) вычислений, если они охвачены сложным оператором.

1.6.1. Оператор условного перехода

Конструкция оператора перехода по условию в общем виде такова: if <условие>

<операторы1>

else

<операторы2>

end

Работает оператор так. Сначала проверяется, выполняется ли указанное условие. Если оно выполнено, программа выполняет совокупность операторов, которая записанная в делении <операторы1>. Если условие не выполнено, выполняется последовательность операторов <операторы2>.

Сокращенная форма условного оператора имеет вид: if <условие>

<операторы>

end

Действие оператора в этом случае аналогично, за исключением того, что при невыполнении заданного условия выполняется оператор, следующий за оператором end.

Легко заметить недостатки этого оператора, вытекающие из отсутствия оператора безусловного перехода: все части программы, которые выполняются в зависимости от условия, должны размещаться внутри операторных скобок if

и end.

В качестве условия используются выражения типа:

<имя переменной1> <операция сравнения> <имя переменной2>

Операции сравнения в языке MatLAB могут быть такими:

Условие может быть составным, т. е. состоять из нескольких простых условий, объединенных знаками логических операций. Знаками логических операций

вязыке MatLAB являются:

&- логическая операция “И” (“AND”);

Логическая операция “Исключительное ИЛИ” может быть реализована с помощью функции xor(А,В), где А и В - некоторые условия.

Допустима еще одна конструкция оператора условного перехода: if <условие1>

<операторы1> elseif <условие2> <операторы2> elseif <условие3> <операторы3>

. . .

else

<операторы>

end

Оператор elseif выполняется тогда, когда <условие1> не выполнено. При этом сначала проверяется <условие2>. Если оно выполнено, выполняются <операторы2>, если же нет, <операторы2> игнорируются, и происходит переход к следующему оператору elseif, т. е. к проверке выполнения <условия3>. Аналогично, при выполнении его выполняются <операторы3>, в противном случае происходит переход к следующему оператору elseif. Если ни одно из условий в операторах elseif не выполнено выполняются <операторы>, размещенные за операто-

ром else. Так может быть обеспечено разветвление программы по нескольким направлениям.

1.6.2. Оператор переключения

Оператор переключения имеет такую структуру: switch <выражение, скаляр или строка символов>

case <значение1> <операторы1>

case <значение2> <операторы2>

. . .

otherwise

<операторы>

end

Он осуществляет разветвление вычислений в зависимости от значений некоторой переменной или выражения, сравнивая значение, полученное в результате вычисления выражения в строке switch, со значениями, указанными в строках со словом case. Соответствующая группа операторов case выполняется, если значение выражения совпадает со значением, указанным в соответствующей строке case. Если значение выражения не совпадает ни с одним из значений в группах case, выполняются операторы, которые следуют за словом otherwise.

1.6.3.Операторы цикла

Вязыке MatLAB есть две разновидности операторов цикла - условный и арифметический.

Оператор цикла с предусловием имеет вид: while <условие>

<операторы>

end

Операторы внутри цикла выполняются лишь в случае, если выполнено условие, записанное после слова while. При этом среди операторов внутри цикла обязательно должны быть такие, которые изменяют значения одной из переменных, указанных в условии цикла.

Приведем пример вычисления значений синуса при 21 значении аргумента от 0.2 до 4 с шагом 0.2:

»i = 1;

»while i <= 20

x= i/5;

si = sin(x); disp([x,si]) i = i+1;

end

0.2000 0.1987

0.4000 0.3894

0.6000 0.5646

Примечание. Обратите внимание на то, какими средствами в указанном примере обеспечен вывод на экран значений нескольких переменных в одну строку. Для этого используется оператор disp. Но, в соответствии с правилами применения этого оператора, в нем должен быть только один аргумент (текст, переменная или матрица). Чтобы обойти это препятствие, нужно несколько числовых переменных объединить в единый объект - вектор-строку, а последнее легко выполняется с помощью обычной операции формирования вектора-строки из отдельных элементов

[ x1, x2, ... , x].

Таким образом, с помощью оператора вида: disp([x1, x2, ... , x])

можно обеспечить вывод результатов вычислений в виде таблицы данных.

Арифметический оператор цикла имеет вид: for <имя> = <НЗ> : <Ш> : <КЗ>

<операторы>

end,

где <имя> - имя управляющей переменной цикла ("счетчика" цикла); <НЗ> - заданное начальное значение этой переменной; <Ш> - значение шага, с которым она должна изменяться; <КЗ> - конечное значение переменной цикла. В этом случае <операторы> внутри цикла выполняются несколько раз (каждый раз при новом значении управляющей переменной) до тех пор, пока значение управляющей переменной не выйдет за пределы интервала между <НЗ> и <КЗ>. Если параметр <Ш> не указан, по умолчанию его значение принимается равным единице.

Чтобы досрочно выйти из цикла (например, при выполнении некоторого условия) применяют оператор break. Когда программа сталкивается с этим оператором, выполнение цикла досрочно прекращается, и начинает выполняться оператор, следующий за словом end цикла.

Для примера используем предыдущую задачу:

»for i = 1:20

x= i/5;

si = sin(x);