Команди керування середовищем

Таблиця 1.1. Команди керування середовищем Scilab

2. Засоби програмування. Оператори і команди

Найпростішим способом використання Scilab є безпосереднє введення команд в консолі. Результат виконання команди при цьому відображається відразу ж після її введення і виконання. Покрокове виконання є найбільш ефективним способом для того, щоб зрозуміти поведінку готових програм, і найчастіше дозволяє досить швидко перейти до розробки власних алгоритмів.

Символи " -> " представляють собою запрошення Scilab і відображаються автоматично, коли Scilab очікує введення чергової команди від користувача.

Набравши інструкцію s = " Hello World! " і натиснувши клавішу < Enter>, ми вкажемо Scilab виконати команду: створити змінну s, яка містить заданий текст.

Реалізований раніше і збережений у файл алгоритм, який представляє послідовність інструкцій для вирішення деякої задачі, називається скриптом.

Створення.sce та.sci файлів

Залежно від вмісту файлу розширенням файлів може бути.sce або.sci:

· файли з розширенням. sci містять визначення функцій Scilab – виконання таких файлів призводить до завантаження даних функцій в робоче середовище пакету, після чого їх можна використовувати точно так само, як вбудовані функції Scilab;

· файли з розширенням. sce можуть містити як визначення функцій, так і виконувані інструкції - зазвичай в результаті виконання такого файлу обчислюються значення змінних, відбувається виведення результатів в консоль, відображення графіків, читання або запис файлів і т.д.

Для того щоб створити.scі файл потрібно відкрити вбудований редактор SciNotes набрати текст програми та в меню вибрати Файл -> Зберегти як ввести назву файлу та вибрати тип файлу.sci.

Приклад програми, що міститься у файлі stepin.sci

function rez=stepin (a, b)

rez=a^b;

endfunction

Використовуючи функцію exec в консолі, ми запускаємо дану функцію на виконання, а потім її використовуємо:

--> exec(" SciLab/stepin.sci")

--> function rez=stepin (a, b)

--> rez=a^b;

--> endfunction

--> stepin(4, 5)

ans =

1024.

Для того щоб створити.sce файл потрібно відкрити вбудований редактор SciNotes набрати текст програми та в меню вибрати Файл -> Зберегти як ввести назву файлу та вибрати тип файлу.sce.

Приклад програми, що міститься у файлі myscript.sce

a1 = 5;

a2 = 8;

a3 = a1 * a2;

disp(a3);

Використовуючи функцію exec в консолі, ми запускаємо даний скрипт на виконання:

--> exec(“myscript.sce”)

--> a1 = 5;

--> a2 = 8;

--> a3 = a1 * a2;

--> disp(a3);

exec(fun [, mode])

exec(path [, mode])

fun: ім’я файлу, в якому знаходиться Scilab функція (функція визначена безпосередньо в Scilab);

path: рядок, що містить повний шлях до файлу, що містить функцію;

mode: цілий скаляр, що може приймати наступні значення:

0: по замовчуванню

-1: нічого не друкувати

1: повідомлення (echo) для кожного командного рядка

2: prompt --> друкує

3: echoes + prompts

4: stops зупинка перед кожним " prompt"

7: stops + prompts + echoes: корисно для демонстрацій.

Конструкції мови

Існують такі вагомі особливості SciLab:

· Імена змінних в Scilab можуть мати довільну довжину, проте лише перші 24 символи імені є значущими, тому щоб уникнути помилок слід використовувати імена довжиною до 24 символів. Допустимими символами в іменах змінних є латинські букви, цифри, а також символи " %", " _", " #", "! ", " $", "? ". Слід зазначити, що деякі змінні, імена яких починаються символом " %", мають особливий сенс у Scilab;

· Scilab чутливий до регістру символів;

· Нумерація елементів масивів починається з одиниці;

· Коментар починається «//» і діє лише до кінця рядка.

Далі приведені ключові слова мови SciLab та їх призначення.

Таблиця 2.1. Оператори керування програмою

Короткий синтаксис і приклади основних конструкцій.

Умовний оператор if

End

приклад:

if ((a > = 0.90) & (d > = 60)) then

pass = 1;

end;

Складніший варіант для - для організації алгоритмів розгалуження:

у дві гілки:

синтаксис:

if умова then

команди SciLab

Else

команди SciLab

End

приклад:

if ((a > = 0.90) & (d > = 60)) then

pass = 1

else

pass=0

end;

у декілька гілок:

синтаксис:

if умова1 then

команди SciLab

Else

if умова2 then

команди SciLab

Else

if умова3 then

команди SciLab

Else

команди SciLab

End

End

End

приклад:

if a< b then

x = a

else

if b< a then

x = b

else

if c< a+b then

x = c

else

x = d

end

end

end

у декілька гілок, без вкладених операторів if:

if умова1 then

команди SciLab

elseif умова2 then

команди SciLab

elseif умова3 then

команди SciLab

Else

команди SciLab

End

приклад:

if a< b then

x = a

elseif b< a then

x = b

elseif c< a+b then

x = c

else

x = d

end

В залежності від виконання однієї з умов, працює відповідна гілка програми, якщо ж всі умови невірні, то виконуються команди після else. Кількість гілок може бути довільною, їй відповідає кількість elseif, або кількість вкладених операторів if.

Оператор select

select вираз

case вираз1

команди SciLab

case вираз2

команди SciLab

...

Else

команди SciLab

End

приклад:

select (a+b)

case 0

disp(‘a+b= 0’)

case 1

disp(‘a+b=1’)

case 2

disp(‘a+b= 2’)

else

disp(‘a+b> 2’)

end

Оператор циклу for

for змінна циклу = початкове значення: крок: кінцеве значення

команди SciLab

End

приклад:

for m = -1: 0.1: 2

for n = 1: 10

a(n) = 1/(m+n -1);

end

end

якщо крок циклу пропущений, то він становить 1 (за замовчуванням).

Оператор циклу while

while умова

команди SciLab

End

Приклад:

eps = 1;

x = 4;

while (1+eps+x) > 1

eps = eps/2;

x=x-0.2;

end

eps = eps*2

Оператори break, continue

При організації циклічних обчислень, варто передбачити виникнення помилок всередині циклу. Для цього існує оператор break. Він дозволяє виходити з циклу в довільний момент часу. У випадку вкладених циклів цей оператор здійснює вихід з внутрішнього циклу. Його можна застосовувати як для циклу while так і для циклу for.

приклад:

eps = 1;

x=4;

while (1+eps+x) > 1

eps = eps/2;

x=x-0.2;

if x==0

break

end

end

приклад:

for m = -1: 0.1: 2

for n = 1: 10

a(n) = 1/(m+n -1);

if a(n)< =-10

break

end

end

end

Інструкція continue дозволяє негайно перейти до виконання наступної ітерації, пропустивши команди, наступні після continue в тілі циклу.

Зустрівши команду continue, інтерпретатор Scilab переходить до заголовку циклу, перевіряє умову продовження, і, якщо воно істинне, робить наступну ітерацію.

Наступний приклад демонструє обчислення суми s = 1 +3 +5 +7 +9 = 25. Використана тут функція modulo (i, 2) повертає 0 за умови, якщо i парне. У даному випадку скрипт нарощує значення i та використовує инструкцію continue для переходу до наступної ітерації:

приклад:

s = 0

i = 0

while (i < 10)

i = i + 1

if (modulo (i, 2) == 0) then

continue

end

s = s + i

end

Обробка виняткових ситуацій - оператор try … catch.

try

команди SciLab, виконання яких може привести до помилки

catch

команди SciLab, які треба виконати при виникненні помилки в блоці між try і catch

End

приклад:

try

a=load(‘my_file’);

pie(a)

catch

disp(‘file not found’)

end;

x=[1.3, 2, 3]

x=2*x

таким чином, при відсутності потрібного файлу, програма видасть відповідне повідомлення але продовжить свою роботу.

Основні команди і оператори мови SciLab та їх призначення

Таблиця 2.2. Основні команди та оператори SciLab

Таблиця 2.5. Елементарні математичні функції SciLab

Таблиця 2.6. Функції для роботи з рядками

Таблиця 2.7. Функції перетворення систем числення

3. Робота з векторами і матрицями

Всі дані в системі SciLab є масивами. Масив – це впорядкована, пронумерована сукупність однорідних даних. Масив повинен мати ім’я. Масиви розрізняються за кількістю вимірів: одновимірні, двовимірні, багатовимірні. Розміром масиву називають кількість елементів, вздовж кожного виміру. Доступ до елементів здійснюється за допомогою індексу.

Важливим є те, що вектор, вектор-рядок, вектор-стовпець, матриця, тензор – це математичні об’єкти, а одновимірні двовимірні або багатовимірні масиви – це способи зберігання цих об’єктів в пам’яті комп’ютера.

В SciLab нумерація елементів масивів починається з одиниці, тобто індекси повинні бути більші або рівні одиниці.

Створення векторів та матриць

Ввід векторів і матриць з командного рядка відбувається в квадратних дужках - «[]», при чому стовпці (тобто елементи в рядку) відділяються комою - «,» або пробілом – «», а самі рядки крапкою з комою – «;».

Таблиця 3.1. Приклади створення векторів і матриць

Ввід можна здійснювати і іншим чином. Кожен новий рядок матриці(або вектору-стовпця) можна вводити з нового рядка, наприклад, в командному рядку вводимо: B=[1 2 3 далі натискаємо клавішу «Enter». При цьому SciLab не виконує жодних дій, а чекає на продовження вводу. Після останнього введеного рядка слід набрати закриваючу квадратну дужку, що є ознакою завершення вводу і «Enter».

Ще один спосіб вводу матриці полягає в тому, що матрицю можна трактувати як вектор-рядок, кожен елемент якого є вектором-стовпцем, або навпаки.

Таблиця 3.2. Створення матриць

Застосувавши функції визначення розміру і розмірності для вище введених матриць, будемо мати:

Таблиця 3.3 Функції визначення розміру і розмірності матриці

Звертання до елементів матриць і векторів

Доступ до елементів вектора відбувається за допомогою індексу в круглих дужках після імені масиву, в якому зберігається вектор.

Елементам масиву можна присвоювати нові значення, вони можуть приймати участь у виразах, з них можна формувати нові масиви. Для того, щоб певні елементи одного вектору помістити в інший у заданому порядку, існує індексація за допомогою вектору.

Доступ до елементів матриці відбувається за допомогою двох індексів – номерів рядка та стовпця, також в круглих дужках після імені матриці. Розміщення елементів матриці в пам’яті визначає ще один спосіб звертання до них. Матриця А розміру m на n зберігається у виді вектору довжиною m, в якому елементи матриці розташовані один за одним, по рядках:

[A(1, 1) A(1, 2) …A(1, n) … A(m, 1) A(m, 2) …A(m, n)].

Тому, для доступу до елементів матриці можна використовувати лише один індекс, який задає порядковий номер елементу матриці в загальному векторі.

Зручним є також спосіб звертання до цілих блоків елементів векторів або матриць. Для цього використовується індексація за допомогою двокрапки – «:». При цьому до двокрапки вказується перший елемент блоку, після – останній. Якщо треба виділити з матриці цілий рядок або стовпець, то в якості одного з індексів слід вказати номер цього рядка, або стовпця, а інший індекс замінити двокрапкою.

Таблиця 3.4. Звернення до елементів матриці

Таблиця 3.5. Прикади операцій над матрицями

Логічні функції над масивами

Таблиця 3.6. Логічні функції над масивами

Знищення рядків, стовпців, елементів

В SciLab парні квадратні дужки – «[]» позначають пустий масив, який дозволяє знищувати стовпці і рядки матриці, або елементи вектору. При цьому розмір результуючої матриці буде менший, ніж вхідної.

Таблиця 3.7. Операції знищення елементів матриці

Створення матриць спеціального виду

Таблиця 3.8. Створення матриць спеціального виду

Інші операції над масивами

Таблиця 3.9. Інші операції над масивами

Елементарні операції над векторами і матрицями

Додавання, віднімання над векторами і матриця однакового розміру відбувається так, ніби вони є скалярними величинами. Для цього використовуються відповідні позначення арифметичних операцій: «+» і «-». Також, всі елементарні математичні функції в SciLab пристосовуються до виду вхідних аргументів і якщо вони є векторами чи матрицями, то результат буде відповідно. Вектором або матрицею. Крім того, існує можливість примусово задати поелементну роботу з масивами.

Таблиця 3.10. Елементарні операції над векторами і матрицями

Множення і ділення векторів і матриць

Як відомо, операції множення і ділення для векторів і матриць не є тривіальними.

Вектор можна помножити на вектор скалярно (внутрішній добуток), векторно, або утворити так званий зовнішній добуток. Результатом скалярного добутку є число, векторного – вектор, а зовнішнього – матриця.

Скалярний добуток векторів a, b довжиною N, що містять дійсні числа, визначається формулою: . Тому, для знаходження такого добутку слід знайти поелементний добуток векторів, а далі додати отримані результати. В SciLab це можна зробити одною командою: якщо a і b вхідні вектори, то їх скалярний добуток буде обраховано командою sum(a.*b).

Зовнішнім добутком векторів a, розміру N і b, розміру M називається матриця С, розміру , елементи якої знаходяться за формулою: . Фактично, слід помножити вектор – стовпець на вектор рядок. Для цього в SciLab досить виконати команду c=a*b’, де ’ – операція транспонування матриці.

Для множення матриць слід пам’ятати, що відповідні розмірності в них повинні співпадати множення виконується за допомогою оператора «*».

Транспонування матриці виконується за допомогою «.’», а знаходження спряженої матриці за допомогою «’».

Піднесення до степеня квадратної матриці, виконується за допомогою оператора «^».

Поелементне піднесення до степеня матриці, виконується за допомогою оператора «.^».

Для ділення елементів одної матриці на відповідний елемент другої, використовується «./», а другої на першу, відповідно «.\».

Функції обробки даних для матриць і векторів

Таблиця 3.11. Функції обробки для матриць і векторів

4. Можливості вводу і виводу неграфічної інформації

Для вводу даних з клавіатури, або за допомогою миші, під час виконання програми існують такі найпростіші вбудовані засоби:

Функція input

Дозволяє ввід довільних даних з клавіатури, під час виконання програми. Запит на ввід відображається в командному вікні. Має таке застосування:

синтаксис:

змінна = input(' рядок тексту, що виведеться ')