Лабораторная работа № 1. Изучение рабочей среды MATLAB

         Цель работы. Изучить рабочую среду MATLAB.

         Основные теоретические положения. При запуске программы на экране открывается рабочая среда MATLAB, изображенная на рисунке. Основными элементами рабочей среды являются:

-       меню;

-       панель инструментов с кнопками и раскрывающимся списком;

-       окна с вкладками Workspace и Current Directory для просмотра перемен­ных и установки текущего каталога;

-       окно Command Window, служащее для ввода команд и вывода результата;

-       окно Command History, предназначенное для просмотра и повторного выполнения ранее введенных команд (окно Command History может быть не пустым, если до этого пакет MATLAB использовался);

-       строка состояния с кнопкой Start.

При нажатии на кнопку Start открывается меню, приведенное на рис. 1. С его помощью обеспечивается доступ ко всем основным средствам MATLAB.

Все команды, описанные в настоящем учебном пособии, следует набирать в командной строке. Сам символ >> приглашения командной строки, приведенный в примерах, набирать не нужно. Важно запомнить, что набор любой команды или выражения должен заканчиваться нажатием на <Enter>, для того чтобы программа MATLAB выполнила эту команду или вычислила выражение.

Окно Command Window состоит из следующих элементов:

−      заголовка с названием окна и двумя кнопками справа;

−      рабочей области с командной строкой, в которой находится мигающий вертикальный курсор;

−      полос скроллинга.

Рис. 1. Рабочая среда MATLAB

Рис. 2. Раскрывающееся меню по кнопке Start

Порядок выполнения работы

Пример 1. Простейшие вычисления

         На­берите в командной строке 1+2 и нажмите <Enter>. В результате в команд­ном окне MATLAB отображается следующее:

>> 1 + 2

ans =

         3

>> 

Пограмма MATLAB сначала  вычислила сумму 1 + 2, за­тем записала результат в специальную переменную ans и вывела ее значе­ние, равное 3, в командное окно. Переменная ans автоматически создается, когда вычисляемое выражение не присваивается некоторой переменной. Информация о переменной ans сразу же появилась в окне Workspace (рис. 3). В первом столбце Name записано имя переменной. Следующий столбец Value показывает значение переменной, если это возможно. Содержимое столбца Size, по существу, демонстрирует основной принцип работы MATLAB. Программа MATLAB все данные представляет в виде массивов. Переменная ans является двумерным массивом размера один на один и занимает 8 байт памяти, о чем свидетельствует столбец Bytes. Наконец, в последнем столбце Class указан тип переменной – double array, т.е. массив, состоящий из чисел двойной точности. Любой столбец можно скрыть или отобразить, если на заголовке окна щелкнуть правой кнопкой и вызвать контекстное меню.

В окне Command Window ниже ответа расположена командная строка с ми­гающим курсором, обозначающая, что среда MATLAB готова к дальнейшим вычислениям. Можно набирать в командной строке новые выражения и находить их значения.

Если требуется продолжить работу с предыдущим выражением, например вычислить (1+2)/4,5, то проще всего воспользоваться уже имеющимся результатом, который хранится в переменной ans. Наберите в командной строке ans/4,5 (при вводе десятичных дробей используется точка) и нажмите <Enter>, получается:

>> ans/4.5

ans =

        0.6667

>> 

Рис. 3. Окно Workspace с информацией

об использованных переменных среды

         Пример 2. Использование элементарных функций

         Предположим, что требуется вычислить значение следующего выражения:

.

Введите в командной строке это выражение в соответствии с правилами MATLAB и нажмите <Enter>.

>> exp(-2.5)*log(11.3)^0.3 - sqrt((sin(2.45*pi) + cos(3.78*pi))/tan(3.3))

Ответ выводится в командное окно:

ans =

   -3.2105

При вводе выражения использованы встроенные функции MATLAB. Аргументы функций заключаются в круглые скобки, имена функций набираются строчными буквами. Для ввода числа π достаточно набрать pi в командной строке.

Арифметические операции в MATLAB выполняются в обычном порядке, свойственном большинству языков программирования:

−      возведение в степень – ^{^};

−      умножение и деление – *, /;

−      сложение и вычитание – +, -.

Для изменения порядка выполнения арифметических операторов следует использовать круглые скобки.

При вычислениях возможны некоторые исключительные ситуации, например деление на ноль, которые в большинстве языков программирования приводят к ошибке. При делении положительного числа на ноль в MATLAB получается inf (бесконечность), а при делении отрицательного числа на ноль получается -inf (минус бесконечность) и выдается предупре­ждение:

>> 1/0

Warning: Divide by zero.

ans =

   Inf

При делении нуля на ноль получается NaN (не число) и также выдается предупреждение:

>> 0/0

Warning: Divide by zero.

ans =

   NaN

Пример 3. Использование переменных

Как и во всех языках программирования, в MATLAB предусмотрена возможность работы с переменными. Для того чтобы присвоить, например, переменной z значение 1.45, достаточно написать в командной строке z = 1.45, при этом MATLAB сразу же выведет значение z:

>> z = 1.45

z = 1.4500

Здесь знак равенства используется в качестве оператора присваивания. Часто не очень удобно после каждого присваивания получать еще и результат. Поэтому в MATLAB предусмотрена возможность завершать оператор при­сваивания точкой с запятой для подавления вывода результата в командное окно. Именем переменной может быть любая последовательность букв и цифр без пробела, начинающаяся с буквы. Строчные и прописные буквы различаются, например, Mz и mz являются двумя разными переменными.

В качестве упражнения на использование переменных найдем значение следующего выражения:

.

Наберите последовательность команд, приведенную ниже.

>> x = sin(1.3*pi)/log(3.4);

>> y = sqrt(tan(2.75)/tanh(2.75));

>> z = (x + y)/(x - y)

z = 0.0243 – 0.9997i

>> 

Последний оператор присваивания не завершается точкой с запятой для того, чтобы сразу получить значение исходного выражения.

Контрольные вопросы

1       Перечислите основные элементы рабочей среды MATLAB. Из каких элементов состоит окно Command Window?

2       Откуда берется переменная ans?

3       Какие значения принимает переменная ans при делении 1/0 и 0/0?

4       Что используется в качестве оператора присваивания в среде MATLAB?

5       Какой символ используется для подавления вывода результатов выполнения операторов?

Из каких символов может состоять имя переменной в MATLAB?

Скачано с www.znanio.ru