Laboratorio di Programmazione Lezione 1 Introduzione al corso

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1 Laboratorio di Programmazione Lezione 1 al corso Prof. Michele Scarpiniti Prof. Danilo Comminiello Dipartimento di Ingegneria dell Informazione, Elettronica e Telecomunicazioni Sapienza Università di Roma michele.scarpiniti@uniroma1.it danilo.comminiello@uniroma1.it M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 1 / 19

2 Generalità e Obiettivi del Corso L obiettivo del corso è quello di fornire una panoramica generale al linguaggio MATLAB. Oltre alla descrizione dei fondamenti del linguaggio MATLAB, dei costrutti e dei comandi messi a disposizione per la manipolazione di vettori e matrici e la creazione di grafici, si darà particolar enfasi ai toolbox di interesse per l ingegneria delle comunicazioni. Si vorrà, quindi, approfondire alcuni argomenti come la trasformata di Fourier, le modulazioni, l analisi statistica dei segnali, la manipolazione dei segnali multimediali quali l audio e le immagini, la progettazione di filtri e altre specifiche applicazioni. Infine si introdurrà l utilizzo di Simulink, utile alla simulazione di sistemi complessi. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 2 / 19

3 Risultati dell apprendimento Lo studente acquisisce le nozioni necessarie a programmare in linguaggio MATLAB e in particolare a gestire vettori e matrici di dati e disegnare grafici. Particolare enfasi sarà anche data al calcolo simbolico. Inoltre, lo studente acquisirà l uso dei toolbox fondamentali nelle varie branche dell ingegneria delle comunicazioni. Infine, lo studente sarà in grado di effettuare simulazioni di semplici sistemi tramite Simulink. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 3 / 19

4 Docenti del corso Il corso sarà tenuto in co-docenza: Michele Scarpiniti Luogo: Dip. DIET, I piano, stanza 121, Facoltà di Ingegneria dell Informazione, Informatica e Statistica (S. Pietro in Vincoli), Via Eudossiana 18, Roma. Recapiti: (interno: 25869), Fax: michele.scarpiniti@uniroma1.it (indicare Laboratorio di Programmazione nell oggetto). Sito web: M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 4 / 19

5 Docenti del corso Danilo Comminiello Luogo: Dip. DIET, I piano, stanza 102, Facoltà di Ingegneria dell Informazione, Informatica e Statistica (S. Pietro in Vincoli), Via Eudossiana 18, Roma. Recapiti: (interno: 25495), Fax: danilo.comminiello@uniroma1.it (indicare Laboratorio di Programmazione nell oggetto). M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 5 / 19

6 Prerequisiti, frequenza e modalità di esame Settore Scientifico-Disciplinare (SSD): AAFF (Altre Attività Formative), ma sarà impartito da docenti del SSD ING-IND/31 (Elettrotecnica). Inquadramento: BCOR; Terzo anno; Primo semestre. Crediti: 6 CFU. Prerequisiti: conoscenze di base di Fondamenti di Informatica. La frequenza è fortemente consigliata. Modalità di esame: Tesina: lo studente deve dimostrare di saper programmare in linguaggio MATLAB risolvendo un problema assegnato e consegnando un elaborato. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 6 / 19

7 Sito web del corso Tutte le informazioni relative al corso (programma, docenti, recapiti, date di esame) e il materiale didattico è reperibile al seguente indirizzo: htm M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 7 / 19

8 Programma di massima del Corso In sintesi il programma di massima del corso è articolato come segue: 1 al linguaggio MATLAB 2 L ambiente di lavoro MATLAB 3 I tipi di dato 4 Le funzioni di base 5 Il controllo di flusso 6 I vettori e le matrici 7 I polinomi 8 I grafici 9 L input e output 10 Creare nuove funzioni 11 Il calcolo simbolico 12 I metodi numerici 13 MATLAB orientate agli oggetti 14 Le interfacce grafiche M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 8 / 19

9 Programma di massima del Corso 15 La rappresentazione dei segnali 16 Lavorare con l audio 17 Il filtraggio 18 La statistica 19 Le modulazioni 20 Lavorare con le immagini 21 Esempi applicativi 22 Le basi di Simulink 23 Esempi e applicazioni in Simulink M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 9 / 19

10 Testi del Corso Dispensa a cura del docente. MATLAB: Getting Started Guide, reperibile online: getstart.pdf. Complementi: H. Moore, MATLAB per l Ingegneria, Pearson, H. Moore, MATLAB for Engineers, Pearson, D. M. Smith, Engineering Computation with MATLAB. Pearson, T. A. Davis, MATLAB Primer, 8-th edition, CRC Press, M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 10 / 19

11 Testi del Corso Il testo proposto, al momento disponibile come dispensa del corso, è il seguente: michele scarpiniti M. Scarpiniti, Laboratorio di programmazione: MATLAB per l Ingegnere delle Comunicazioni, laboratorio di programmazione matlab per l ingegnere delle comunicazioni Versione 1.0 Il testo è scaricabile dal sito web di riferimento del corso. È necessaria la password per aprire il documento, da richiedere al docente. Dipartimento DIET Università di Roma La Sapienza via Eudossiana 18, Roma Aprile 2017 M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 11 / 19

12 MATLAB e Sapienza Download e installazione Dal 2017, grazie ad un accordo quadro tra Mathworks e Sapienza Università di Roma, tutti i docenti e gli studenti dell Ateneo possono ottenere gratuitamente la versione Professional di MATLAB, contenente tutti i pacchetti aggiuntivi. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 12 / 19

13 Download e installazione Per scaricare la propria versione di MATLAB è sufficiente eseguire i seguenti passi: 1 effettuare il login su: php, utilizzando le proprie credenziali (di solito il numero di matricola e la password utilizzata per l account studenti.uniroma1.it); 2 cliccare quindi sulla voce Matlab; 3 copiare, dalla tabella in alto, l Activation Key che dovrà essere utilizzato in fase di installazione del software; 4 cliccare il link Registration: si verrà dirottati sul sito di MATLAB; 5 creare un account MATLAB; 6 selezionare la versione di MATLAB idonea al sistema operativo in uso e procedere con il download; 7 installare MATLAB: quando richiesto inserire l Activation Key precedente; 8 selezionare l installazione completa, di tutti i componenti. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 13 / 19

14 su MATLAB Download e installazione Oltre ai testi su MATLAB già citati, esistono altre risorse utili, soprattutto online. Per iniziare si cita il sito web della Mathworks ( com/) che rappresenta il punto di partenza di una serie di risorse utili. 1 Tra queste si cita sicuramente la guida in linea ( com/help/index.html), che è la versione online di quella presente nel calcolatore se si è installati MATLAB. 2 È anche utile citare MATLAB Answer ( matlabcentral/answers/index) in cui è possibile porre una domanda o rispondere ad una domanda fatta da qualcuno. Tale sito è molto utile per creare una rete di contatto tra diversi utenti di MATLAB sparsi per il mondo. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 14 / 19

15 su MATLAB Download e installazione MATLAB Answer è comunque parte di MATLAB Central ( mathworks.com/matlabcentral/index.html), che rappresenta un portale in cui i diversi utenti possono condividere codice per diverse funzionalità, porre questioni sull utilizzo del codice ed ottenere risposte. Inoltre, MATLAB mette a disposizione un sito in cui sono disponibili esempi di utilizzo avanzato ( e un sito che presenta diversi tutorial sull utilizzo di MATLAB ( com/support/learn-with-matlab-tutorials.html). Molti di questi tutorial sono disponibili come video che spiegano passo-passo come procedere autonomamente. Infine, si cita la pagina principale del supporto di MATLAB ( mathworks.com/support/) da cui è possibile navigare alle varie sezioni per ottenere aiuto e/o informazioni. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 15 / 19

16 Alternative a MATLAB Download e installazione Esistono molte alternative a MATLAB, alcune delle quali rilasciate con licenza pubblica e quindi liberamente scaricabili, mentre altre sono prodotti commerciali. Alcune di queste alternative sono parzialmente compatibili con MATLAB. In particolare, tra i software open-source, si citano: Octave: è un linguaggio per l analisi numerica molto simile a MATLAB. Condivide con esso moltissime funzioni e presenta la medesima sintassi. È possibile scaricarlo dal link: Scilab: presenta un interfaccia molto simile a MATLAB. Anche la sintassi è simile a quella di MATLAB, ma i due programmi non sono completamente compatibili. È possibile scaricarlo dal link: Scilab è affiancato dal programma Scicos ( che funziona in modo equivalente a Simulink. Julia: è un linguaggio di programmazione e multi-paradigma ad alte prestazioni dedicato in maniera particolare al mondo della programmazione scientifica. È possibile scaricarlo dal seguenti link: M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 16 / 19

17 Alternative a MATLAB Download e installazione Maxima: è in grado di eseguire calcoli numerici, simbolici, grafici e altre operazioni correlate. Sviluppato negli anni sessanta da parte del MIT, è fondamentalmente orientato al calcolo simbolico. È possibile scaricarlo dal seguenti link: FreeMat: è un software di analisi numerica compatibile con MATLAB e Octave, supportandone molti comandi. Una caratteristica molto comoda di FreeMat è la capacità di importare e usare nativamente funzioni da librerie dinamiche esterne. È possibile scaricarlo dal seguenti link: sourceforge.net/. Sage: è un software di analisi numerica, sbilanciato però verso le applicazioni di algebra lineare e il disegno di grafici di funzioni. È possibile scaricarlo dal seguenti link: M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 17 / 19

18 Alternative a MATLAB Download e installazione Tra i software commerciali si citano: Mathematica: è un ambiente di calcolo simbolico e numerico (https: // È abbastanza lontano da MATLAB, essendo orientato al solo calcolo simbolico. Maple: è un software abbastanza generico e quindi simile a MATLAB per i possibili ambiti di applicazione ( Mathcad: è un software principalmente sviluppato per il calcolo, la verifica e la documentazione di calcoli ingegneristici ( engineering-math-software/mathcad). È molto lontano dalla filosofia di MATLAB. Derive: è un software che consente di eseguire moltissime operazioni quali calcoli simbolici, numerici, algebrici, analitici e trigonometrici anche con vettori e matrici ( Ha più che altro una valenza didattica. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 18 / 19

19 Alternative a MATLAB Download e installazione Infine è doverosa una menzione al linguaggio Python, completamente open-source. Python è un linguaggio di programmazione ad alto livello, orientato agli oggetti e adatto, tra gli altri usi, a sviluppare applicazioni da distribuire a terze parti. È inoltre molto utile e potente nel campo della computazione numerica e simulazione. Un punto di forza di tale linguaggio è la presenza di numerosissime librerie per gli scopi più diversi, soprattutto nel mondo del Machine Learning (l insieme delle tecniche che consentono ai dispositivi di apprendere automaticamente dai dati e dall ambiente senza essere esplicitamente programmati) e dell intelligenza computazionale. Tra le varie librerie, NumPy (dedicata all algebra lineare) è molto simile a MATLAB e fa da base a tutte le librerie scientifiche di Python. Alcuni IDE (come Spyder) sono a loro volta fatti per emulare MATLAB stesso e semplificare il passaggio a tale linguaggio. M. Scarpiniti Laboratorio di ProgrammazioneLezione 1 al corso 19 / 19