министерство образования и науки российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖнЫй ФедераЛЬнЫй университет» ФиЛиаЛ ЮФу в Г. новоШаХтинске Н. Е. Галушкин Высокоуровневые методы программирования: язык программирования MatLab Учебник по дисциплине «Высокоуровневые методы информатики и программирования» для студентов специальности «Прикладная информатика» Часть 1 ростов-на-дону издательство Южного федерального университета 2011 удк 004.9 ббк 32.973.018.2 Г 16 Рецензенты: доктор технических наук, профессор ЮРГТУ Привалов А. А.; кандидат технических наук, доцент ЮРГУЭС Береза А. Н. <...> ISBN 978-5-9275-0810-5 УДК 004.9 ББК 32.973.018.2 © Галушкин н. е., 2011 © Южный федеральный университет, 2011 © оформление. макет. издательство Южного федерального университета, 2011 ВВЕДЕНИЕ система MatLab представляет собой уникальный сплав универсальных программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений. многие учебные заведения используют MatLab при подготовке специалистов различного профиля. для современного специалиста и научного работника MatLab является незаменимым инструментом моделирования и исследования различных прикладных систем, прежде всего, за счет создания новых приложений, используя программные и алгоритмические средства MatLab, а также возможности объединения модулей, разработанных в различных системах программирования и использования готовых решений. одним из самых замечательных качеств системы MatLab является ее расширяемость. <...> Любая новая функция или фрагмент программы, записанные в виде m-файла, могут быть в дальнейшем применены, наравне с тысячами уже заранее встроенных в систему мощных и гибких функций. система MatLab имеет открытую архитектуру, что дает полный доступ пользователям к ее кодам на гибком и мощном (и в то же время простом) языке программирования этой системы. а с помощью пакетов расширения, MatLab <...>
Высокоуровневые_методы_программирования_язык_программирования_MatLab._Ч._1.pdf
удк 004.9
ббк 32.973.018.2
Г 16
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор ЮРГТУ Привалов А. А.;
кандидат технических наук, доцент ЮРГУЭС Береза А. Н.
Учебник подготовлен и издан в рамках
национального проекта «Образование»
по «Программе развития федерального государственного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
„Южный федеральный университет“ на 2007–2010 гг.»
Галушкин Н. Е.
Г 16 высокоуровневые методы программирования. язык
программирования MatLab: учебник. Часть 1 /
н. е. Галушкин. – ростов н/д: изд-во ЮФу, 2011. – 182 с.
ISBN 978-5-9275-0810-5
в настоящее время MatLab является самым мощным в мире компьютерным
пакетом моделирования и программирования задач в любой области
знания. он содержит инструменты, позволяющие автоматизировать
разработку любых проектов и научных проблем, начиная от стадии накопления
данных и завершая подготовкой документации. Поэтому он является
базовым пакетом во многих университетах и научных центрах мира.
однако в отечественной литературе крайне мало книг и особенно учебников
по пакету Matlab. данный учебник восполнит этот пробел.
ISBN 978-5-9275-0810-5
УДК 004.9
ББК 32.973.018.2
© Галушкин н. е., 2011
© Южный федеральный университет, 2011
© оформление. макет. издательство
Южного федерального университета, 2011
Стр.2
Содержание
введение ......................................................................... 3
модуЛЬ 1. возмоЖности Пакета MATLAB ..................... 4
1.1. какой язык программирования выбрать? .......................... 4
1.2. Пакет MatLab ................................................................ 8
1.2.1. место пакета MatLab среди пакетов для
математических и научных расчетов .................... 8
1.2.2. использование пакета MatLab для
решенияэкономических задач ............................14
1.2.3. возможности пакета MatLab ............................. 17
1.2.4. библиотеки общего назначения MatLab ...............20
1.2.5. инструменты MatLab ........................................21
1.2.6. связи MatLab ...................................................23
1.2.7. Программы внедрения ......................................24
1.2.8. Прикладные библиотеки MatLab ........................25
1.3. Пакет визуального программирования Simulink ............... 31
1.3.1. инструменты Simulink ......................................32
1.3.2. библиотеки блоков Simulink ..............................34
1.4. интерфейс MatLab ....................................................... 35
1.5. как изучать пакет MatLab ............................................. 50
Проектные задания по модулю 1 .......................................... 51
тест рубежного контроля модуля 1 ........................................52
модуЛЬ 2. язЫк ПроГраммирования MATLAB ........... 56
2.1. работа в командном окне............................................... 56
2.2. Программирование в пакете MatLab ............................... 59
2.3. Правила написания программ ........................................ 60
2.4. операции в MatLab ....................................................... 63
2.4.1. арифметические операции ............................... 63
2.4.2. операции отношения ....................................... 70
2.4.3. Логические операции ........................................72
2.4.4. операция формирования массивов ......................74
2.4.5. Приоритет различных операций MatLab ............. 76
2.4.6. операции побитовой обработки ......................... 77
2.4.7. операции обработки множеств .......................... 77
2.5. операторы MatLab ....................................................... 77
2.5.1. операторы цикла ............................................. 77
2.5.2. оператор условия if ..........................................84
2.5.3. оператор переключатель switch ......................... 86
179
Стр.179
2.5.4. оператор прерывания break .............................. 89
2.5.5. оператор возврата в вызывающую функцию ....... 89
2.6. м-файлы..................................................................... 90
2.6.1. м-сценарии .................................................... 90
2.6.2. м-функции ..................................................... 91
2.6.3. структура м-функции ..................................... 92
2.6.4. выполнение м-функций ................................... 95
2.6.5. Поиск м-функций ........................................... 97
2.6.6. Подфункции ................................................... 98
2.6.7. Частные каталоги ............................................ 99
2.6.8. работа с м-функциями ....................................100
2.7. Переменные MatLab ....................................................100
2.7.1. Локальные переменные ...................................101
2.7.2. Глобальные переменные ..................................101
2.7.3. сохраняемые переменные ................................103
2.7.4. специальные переменные ................................104
2.8. м-функция с произвольным числом входных
и выходных аргументов ...............................................105
2.8.1. список аргументов .........................................107
2.9. обработка ошибок и предупреждений в м-функциях .......111
2.9.1. Функция eval ('try', 'catch') .............................111
2.9.2. блок try…catch…end .......................................111
2.10. вывод на экран ошибок и предупреждений ...................114
2.11. Функции вычисления строковых выражений ................115
2.11.1. вычисление строк .........................................115
2.11.2. дуальность команд MatLab ............................117
2.11.3. вычисление функций по заданному имени .......117
2.11.4. ввод информации с клавиатуры ......................118
2.12. структурное программирование ..................................119
2.12.1. обзор методов программирования ...................119
2.12.2. метод структурного программирования ...........122
2.13. методы повышения эффективности обработки м-файлов 127
2.13.1. векторизация циклов ....................................127
2.13.2. Предварительное размещение массивов ...........127
2.13.3. удаление ненужных переменных и функций
из памяти и ее дефрагментация ........................129
Проектные задания по модулю 2 .........................................129
тесты рубежного контроля модуля 2 ....................................132
модуЛЬ 3. основнЫе тиПЫ даннЫХ MATLAB ............136
3.1. иерархия типов данных в MatLab..................................136
180
Стр.180
3.1.1. тип char ........................................................137
3.1.2. тип double .....................................................137
3.1.3. тип sparse .....................................................138
3.1.4. тип single ......................................................139
3.1.5. целочисленные типы данных в MatLab..............140
3.1.6. тип logical .....................................................142
3.1.7. создание массивов из данных разного типа ........143
3.2. Числовые массивы (тип double) .....................................144
3.2.1. Пустые массивы .............................................144
3.2.2. общие сведения о массивах ..............................145
3.2.3. создание многомерных массивов ......................146
3.2.4. индексация массивов ......................................148
3.2.5. добавление строк и столбцов ............................149
3.2.6. удаление строк и столбцов ...............................150
3.2.7. использование массивов в функциях ................151
3.2.8. библиотечные функции, связанные с массивами 152
3.3. строки ......................................................................154
3.3.1. создание строк ...............................................154
3.3.2. индексация строк ..........................................155
3.3.3. добавление символов ......................................155
3.3.4. удаление символов .........................................155
3.3.5. библиотечные функции, связанные со строками .156
3.4. структуры .................................................................160
3.4.1. создание структур ..........................................160
3.4.2. добавление и удаление полей структуры............162
3.4.3 индексация структур .......................................162
3.4.4. замечание по использованию структур ..............162
3.4.5. Функции, связанные со структурами ................163
3.5. массивы ячеек ...........................................................164
3.5.1. создание массивов ячеек .................................164
3.5.2. добавление и удаление ячеек ...........................167
3.5.3. индексация массива ячеек...............................167
3.5.4. список значений ............................................168
3.5.5. Преимущество использования массива ячеек .....170
3.5.6. Функции, связанные с массивами ячеек ............170
Проектные задания по модулю 3 .........................................172
тесты рубежного контроля модуля 3 ....................................174
рекомендуемая Литература ....................................178
181
Стр.181