ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2019
Просмотров: 354
Скачиваний: 2
Лекция 5
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ МАТЬАВ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
2.1. Общие сведения
МаЯЬаЪ — это высокопроизводительный язык для технических расче
тов. Он включает в себя вычисления, визуализацию, и программирование в
среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической.
Типичное использование Маб.аЬ - это:
• математические вычисления;
• создание алгоритмов;
• моделирование;
• анализ данных, исследования и визуализация;
• научная и инженерная графика;
• разработка приложений, включая создание графического интерфейса.
Система МабЬаЪ состоит из пяти основных частей:
•
Язык Ма1ЬаЬ. Это язык матриц и массивов высокого уровня. Он поз
воляет создавать как небольшие, так и большие и сложные приложения.
•
Среда Ма1ЕаЬ. Это набор инструментов и приспособлений для поль
зователя, включающие в себя средства для управления переменными в
рабочем пространстве программы, вводом и выводом данных, а также
средства создания и отладки приложений.
•
Управляемая графика. Это графическая система Ма1ЬаЬ, которая
включает в себя команды высокого уровня для визуализации двух- и
трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстриро
ванной графики.
•
Библиотека математических функций. Это обширная коллекция вы
числительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма,
синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, как обраще
ние матрицы, быстрое преобразование Фурье и другие.
•
Программный интерфейс. Это библиотека, позволяющая писать про
граммы на языках СИ и Фортран, которые взаимодействуют с МаИ.аЬ.
Также важное значение имеет сопутствующая Ма1ТаЪ программа
8нпи1шк. Она представляет собой интерактивную среду, которая позволяет с
помощью мыши моделировать динамические системы. 81шиНпк работает с
линейными, нелинейными непрерывными, дискретными, многомерными си
стемами. Кроме базовых библиотек 8тш 1тк содержит дополнения -
В1оскзе15, которые предназначены для создания специализированных прило
жений (связь, обработка сигналов, электроэнергетика и др.).
2.2. Окно программы
Для запуска программы необходимо щелкнуть дважды на пиктограмме
программы
при этом откроется окно следующего вида
2
$
□ & '
Г’ ■
Т? ? С1Л**
•
Соажиш. с а с
1 опз
] ф-<$СопЫ :о1 ЗузЪеа Тоо1Ьох
!
1+!~<$БаЪа А сф й ззххоп Тоо1Ьох
ф -^ 1)ат:аЪ азе Тоо1Ьох
З Ь ^ Ю асаЕ еей Тоо1Ьох
I
РПЪес Оезхдп Тоо1Ьох
I
Й - а д П п ап с1а1 ..©.ег1уаЫуез...Т.О01Ьох
Д |
тяшямшшт н н м К >Г
Хгс&'Яу.
|
С \МАП-АВ6р1 Ъл-огк
2
} _]
То
дес
зс а г с е й , з е 1 е с с "ИАТЬАВ Ее1р” Сгон
с!
Ц
» |
1_зипсЬ Рай
1
*/оП<5расе |
я —
—
т ш ш гнщ
] -
1
<14
С о т т з п й ННЛогу
1
Сипеп! 0»гес1огу |
<1
..
2
2.Г
Кезйу
Рисунок 2.1 - Окно программы Ма1ЬаЬ 6.0
Окно программы содержит следующие элементы:
а) строку меню;
б) панель инструментов с кнопками и раскрывающимся списком;
в) окно с вкладками ЬаипсЬ Рай и \Уогк«расе, из которого можно по
лучить доступ к различным наборам инструментов Тоо1Вох и к переменным
рабочей среды.;
г) окно с вкладками С ош тапй Ш$1:огу и Сиггеп! О
1гес1огу, предна
значенные для просмотра и повторного вызова ранее введенных команд, а
также для установки текущего каталога;
д) командное окно программы Сош тапй \У тйо\у с командной строкой;
е) строку состояния.
Панель инструментов состоит из 5-ти блоков. Первый блок содержит
кнопки создания и открытия М-файла. Вторая группа кнопок предназначена
для вырезания, копирования и вставки выделенного фрагмента, а также для
отмены действия или возврата отмененного действия. Данные две группы
кнопок по своему назначению аналогичны, например, одноименным кнопкам
текстового редактора \Уогй и в дополнительном пояснении не нуждаются. В
третьем блоке находится одна кнопка, она предназначена для открытия брау
зера библиотек 81тиПпк. В четвертом блоке содержится кнопка вызова справ
ки. В пятом блоке содержится раскрывающийся список установки текущего
каталога программы. Для установки другого текущего каталога справа от
списка следует нажать кнопку, после чего в дереве дисков и папок выбрать
нужный каталог. После этого данный каталог попадает в раскрывающийся
список и при последующих сеансах работы может быть выбран из него.
Строка меню программы содержит следующие пункты:
• РПе - стандартные операции открытия нового файла, загрузки,
сохранения и печати файлов;
3
• ЕсП{ - стандартные операции редактирования содержимого ко
мандного окна и работы с буфером обмена (команды Си1, Сору и
Ра$1е);
• \Уе\у - вывод и скрытие панели инструментов и управление ви
дом интерфейса;
• \УеЬ - доступ к Интернет-ресурсам;
• \У т й о \у - установка свойств окна;
• Не1р - доступ к справочным системам.
2.3. Использование Ма1ЬаЬ в режиме прямых вычислений
Система МаЙЬаЬ создана таким образом, что любые вычисления можно
выполнять в режиме прямых вычислений, т.е. без подготовки программы. В
этом режиме работа с системой носит диалоговый характер и происходит по
правилу «задал вопрос — получил ответ». Пользователь набирает на клавиа
туре вычисляемое выражение, редактирует его, если нужно, в командной
строке и завершает ввод нажатием клавиши ЕМТЕК.
Для указания готовности к вводу исходных данных программа исполь
зует маркер ввода « » » , а в строке состояния отображается сообщение
КЕАБУ. Данные вводятся с помощью строчного редактора, при этом для пе
ремещения по тексту и его редактирования используются те же клавиши, что
и в любом другом текстовом редакторе. Исключение составляют клавиши Т
и 4, которые используются для подстановки после маркера ввода « » » ранее
введенных строк из специального стека с целью их исправления, дублирова
ния или дополнения. Сеанс работы в Ма1ЕаЬ называется сессией.
Пусть необходимо найти сумму чисел 1 и 2. Наберем эти числа через
знак «+», получим
»
1+2
а п з =
3
»
Программа вычислила сумму данных чисел, записала результат в спе
циальную переменную а т и вывела ее значение, равное 3. Ниже ответа рас
положена командная строка с маркером ввода, что говорит о том, что про
грамма готова к вводу исходных данных. Данная переменная выводится в
том случае, если не задана переменная для результата вычислений. Если при
своить данной сумме переменную X, то получим
» Х =1+2
X =
»
3
4
В данном случае результат записан в переменную X и выведено ее зна
чение, равное 3. Как видно из последнего примера, знаком присваивания в
Ма1ЬаЬ является обычный знак равенства. В строках вывода маркер ввода от
сутствует.
Часто требуется, чтобы при вычислении выражения, состоящего из не
скольких взаимосвязанных строк, не выводились результаты промежуточных
вычислений, а выводился только конечный результат. Для этого в конце вы
ражения, вывод значения которого необходимо заблокировать, следует по
ставить символ «;».
Ма1ЬаЪ позволяет строить довольно длинные выражения - до 4096
символов. Однако расположение такого выражения в одной строке нецелесо
образно, так как большая часть его попадает в невидимую часть окна, что за
трудняет его чтение. Это выражение можно перенести на следующую строку
с помощью знака многоточия (3 или более точек).
2.4. Основные объекты Ма1ЬаЬ
2.4.1. Действительные и комплексные числа
Центральным понятием в Ма1ЬаЬ является математическое выражение.
Математические выражения строятся на основе чисел, констант, перемен
ных, операторов, функций и специальных знаков.
Число — это простейший объект Ма1ЬаЬ, представляющий количествен
ные данные. Числа представляются либо как целые, либо как вещественные с
фиксированной либо плавающей десятичной точкой. Для отделения мантиссы
числа от его порядка используется символ е. Знак плюс перед числом не ста
вится, пробелы внутри числа не допускаются.
Также числа могут быть представлены как комплексные в виде суммы
действительной и мнимой частей. Мнимая часть в качестве мнимой единицы
имеет множитель
1 или ]. Для выделения действительной части комплексно
го числа, например,
2 используется функция геаЦх), а для выделения мнимой
части — функция
1ша§(2). Также для получения модуля комплексного числа 2
используется функция аЬз(г), а для вычисления его фазы - функция ап§1е(г).
В Ма1ЬаЬ не принято делить числа на целые и дробные, короткие и
длинные и т.д., хотя задавать числа в таких форматах можно. На экран число
выводится как целое, если дробная часть равна нулю. Если дробная часть не
равна нулю, то число отображается с фиксированной точкой, если это воз
можно. При невозможности отображения с фиксированной точкой число
отображается с плавающей точкой, этот же формат будет использован и при
выводе очень большого целого числа (более 9-ти цифр). Все же операции над
числами выполняются с двойной точностью.
По умолчанию Ма1ЬаЬ выдает числовые результаты в нормализованной
форме с четырьмя числами после десятичной точки и одной до нее как для фик
сированной, так и для плавающей точки. Число отображается, если возможно, с
фиксированной точкой или, если это невозможно, с плавающей точкой. Этот
формат называется $Ъог1 (короткий). Если результат необходимо получить бо
5
лее точно, то в меню РНе необходимо выбрать команду РгеГегепсез, откроется
одноименное диалоговое окно, где в левой его части следует выбрать пункт
С оттап с! \У т й < т . Затем в правой части окна выбирается формат 1оп% из рас
крывающегося списка 1Чшпепс Гогта{. В этом случае количество чисел после
десятичной точки увеличивается до 15-ти. Для вывода чисел только в экспо
ненциальной форме с количеством цифр после десятичной точки 4 или 15 ис
пользуются соответственно форматы зкоП е и !оп§ е.
Также с помощью раскрывающегося списка Ыишепс сНзрку в данном
окне можно изменить способ отображения результата на экране. По умолча
нию принята опция 1оозе, при которой результат выводится через строку по
сле вычисляемого выражения. При необходимости отобразить в окне болшее
количество строк необходимо^выбрать опцию соптрас!. Эти опции сохраня
ются и для следующих сеансов работы с программой.
2.4.2. Константы и текстовые комментарии
Константы могут быть числовыми или символьными. Вводимые числа
являются безымянными числовыми константами. Есть также и другой вид чис
ловых констант - это системные переменные. С одной стороны, они задаются
при загрузке системой, а с другой стороны - в процессе работы они могут пе
реопределяться. Примеры системных переменных:
•
1 или ] - мнимая единица;
• р1 -ч и с л о п = 3.1415926...;
• шГ— значение машинной бесконечности;
• ерз - погрешность для операций над числами с плавающей точ
кой (2'52),
и другие системные переменные. Например, системной переменной ерз мож
но задать другое значение, однако значения этих переменных по умолчанию
задаются сразу после загрузки программы, поэтому неопределенными в от
личие от обычных переменных они не могут быть никогда.
Символьная константа - это последовательность символов, заключен
ная в апострофы, например ‘Расчет’.
Поскольку Ма1ЬаЬ используется для достаточно сложных расчетов, то
важное значение имеет наглядность их описания. Это достигается с помо
щью текстовых комментариев, которые начинаются с символа процента.
Считается правилом хорошего тона вводить в расчеты достаточно подробные
комментарии, так как без них даже разработчик программных модулей быст
ро забывает о сути собственных решений.
2.4.3. Переменные
Переменные - это имеющие имена объекты, способные хранить неко
торые данные. В зависимости от этих данных переменные могут быть число
выми или символьными, векторными или матричными.
Как уже рассмотрено выше, значения переменным присваиваются че
рез обычный знак равенства. Тип переменной заранее не декларируется, он