A.A. 2018/2019. Fondamenti di Programmazione in MATLAB FONDAMENTI DI INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE. Docente Prof. Raffaele Pizzolante
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1 A.A. 2018/2019 Fondamenti di Programmazione in MATLAB Strutturazione del Codice Sorgente Docente Prof. Raffaele Pizzolante FONDAMENTI DI INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE
2 Fondamenti di Programmazione in MATLAB: Strutturazione del Codice Sorgente OUTLINE M-File Scenari di Utilizzo Script Concetti ed Esempi M-File Script Commenti Esempi Funzioni Concetti ed Esempi M-File Function
3 M-File 1/2 Finora abbiamo inserito comandi, istruzioni e funzioni MATLAB direttamente mediante la Command Window Tuttavia, ciò può causare disagio, specialmente quando comandi, istruzioni e funzioni devono essere rieseguiti più volte Magari in più sessioni di lavoro MATLAB distinte Con leggere modifiche Etc.
4 M-File 1/2 Finora abbiamo inserito comandi, istruzioni e funzioni MATLAB direttamente mediante la Command Window Tuttavia, ciò può causare disagio, specialmente quando comandi, istruzioni e funzioni devono essere rieseguiti più volte Magari in più sessioni di lavoro MATLAB distinte Con leggere modifiche Etc. MATLAB permette di risolvere questi problemi attraverso l utilizzo degli M-File
5 M-File 2/2 MATLAB consente di memorizzare una sequenza di istruzioni in un file, detto M-File In particolare, un M-File può essere di due tipi M-File Script: contiene una sequenza di comandi o istruzioni MATLAB, nella stessa forma in cui vengono scritti usando Command Window M-File Function: contiene nuove funzioni MATLAB definite dall utente. In generale, tali funzioni accettano dati in input e restituiscono dati di output, come risultato della loro elaborazione
6 M-File MATLAB consente di memorizzare una sequenza di istruzioni in un file, detto M-File In particolare, un M-File può essere di due tipi M-File Script: contiene una sequenza di comandi o istruzioni MATLAB, nella stessa forma in cui vengono scritti usando Command Window M-File Function: contiene nuove funzioni MATLAB definite dall utente. In generale, tali funzioni accettano dati in input e restituiscono dati di output, come risultato della loro elaborazione
7 M-File Script 1/9 In MATLAB è possibile rieseguire comandi, istruzioni e funzioni mediante i seguenti passi Creare un file (che conterrà la lista di comandi, istruzioni e funzioni) Salvare il file Eseguire il file Un file contenente una lista di comandi/istruzioni/funzioni MATLAB viene detto M-File Script Ogni M-file Script ha l estensione.m
8 M-File Script 2/9 Più precisamente, un M-file Script è Un file esterno contenente sequenze di istruzioni MATLAB Digitando il nome del file, comandi/istruzioni/funzioni prese in input da MATLAB sono ottenute direttamente da tale file Utile per l'automazione di blocchi di comandi/istruzioni/funzioni MATLAB Come ad esempio calcoli che è necessario eseguire più volte (manualmente) dalla Command Window
9 sommamat.m M-File Script 3/9 Esempio Creare uno script (di nome sommamat.m) che Effettua la somma di due matrici A e B Salva il risultato nella matrice C ed infine lo stampa A e B sono definite come segue A = , B = SOLUZIONE MATLAB per sommare A e B Tale soluzione andrà inserita nel file sommamat.m A=[2 3;4 5]; B=[6 7; 8 9]; C=A+B
10 M-File Script 4/9 Creare uno script con MATLAB
11 M-File Script 4/9 Creare uno script con MATLAB
12 M-File Script 4/9 (Utilizzando la Command Window) Creare uno script con MATLAB utilizzando il comando edit
13 M-File Script 5/9 Editor di M-File Script Inserire le istruzioni MATLAB mediante l Editor di M-file Script
14 M-File Script 6/9 Salvare l M-File Script (il.m viene automaticamente aggiunto)
15 M-File Script 6/9 Salvare l M-File Script (il.m viene automaticamente aggiunto)
16 M-File Script 6/9 Salvare l M-File Script (il.m viene automaticamente aggiunto)
17 M-File Script 7/9 Eseguire l M-File Script mediante la Command Window L M-File Script deve essere memorizzato nella Current Directory Per eseguirlo è sufficiente digitare nella Command Window il nome del file script (senza estensione.m) Esempio Supponiamo di aver memorizzato il file script dell esempio precedente nella Current Directory, con il nome di sommamat.m >> sommamat C =
18 M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli
19 media.m M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 1 Script per calcolare la media di 3 numeri Workspace
20 media.m M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 1 Workspace Script per calcolare la media di 3 numeri Variabili presenti nel Workspace prima dell esecuzione dello script Definisco tre variabili a, b, c Command Window
21 media.m Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 1 Script per calcolare la media di 3 numeri Eseguo lo script chiamato media Workspace Variabile inserita nel Workspace dopo l esecuzione dello script Command Window
22 media.m M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 2 Script per calcolare la media di 3 numeri Workspace
23 media.m M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 2 Workspace Script per calcolare la media di 3 numeri Eseguo lo script chiamato media Variabili inserite nel Workspace dopo l esecuzione dello script
24 M-File Script 9/9 M-File Script VANTAGGI È possibile modificare (se necessario) comandi/istruzioni/funzioni nel file una sola volta, ed eseguire tale file (script) più volte SVANTAGGI Tutte le variabili create all interno dello script sono aggiunte al Workspace, e questo può portare a problemi indesiderati Ad Esempio Alcune variabili già esistenti nel Workspace vengono sovrascritte Il valore di alcune variabili già esistenti nel Workspace potrebbe venire modificato Etc.
25 Commenti in MATLAB 1/3 Gli M-File Script (ma anche gli M-File Function) possono contenere qualsiasi serie di istruzioni/comandi/funzioni MATLAB, ma anche commenti Qualsiasi testo che segue un segno di percentuale (%) su una data linea è detto testo di commento ed è mostrato in verde. I commenti Possono apparire Su linee distinte rispetto alle istruzioni MATLAB Alla fine di una istruzione MATLAB Non vengono processati da MATLAB L aggiunta di commenti è essenziale per la comprensione di programmi costituiti da un gran numero di istruzioni A maggior ragione se il programma deve essere compreso da persone diverse dal suo autore
26 Commenti in MATLAB 2/3 Commento su linea distinta Commento su linea distinta
27 Commenti in MATLAB 3/3 Commento a fine istruzione
28 Funzioni 1/4 Una funzione è un segmento (blocco) autonomo di programma che esegue un compito specifico In termini più formali, una funzione (detta anche subroutine, metodo, procedura o sottoprogramma) è una porzione di codice all'interno di un programma più ampio, che svolge un compito specifico e può essere relativamente indipendente dal resto del codice Le funzioni rappresentano le basi per costruire programmi più complessi
29 Input x = Funzioni y = mean(x) Output y = sum(x) y = max(x)
30 Funzioni 2/4 Una funzione è un segmento (blocco) autonomo di programma che esegue un compito specifico Function Output Input
31 Funzioni 2/4 Una funzione è un segmento (blocco) autonomo di programma che esegue un compito specifico Function Output Input Una funzione può Accettare uno o più (ma anche zero) argomenti in input Restituire uno o più (ma anche zero) argomenti in output
32 Funzioni 3/4 Una funzione può essere vista come una sorta di black box Una funzione comunica con il mondo esterno soltanto usando le proprie variabili di input e output Il suo codice sorgente ed il suo Workspace (stato) risultano nascosti al chiamante Function Output Input
33 Funzioni 4/4 Perché usare le funzioni? Riusabilità Una funzione può essere usata più volte, senza necessità di riscrivere ogni volta il codice sorgente (istruzioni) che essa contiene Leggibilità del codice Un programma che risolve un problema complesso, può essere suddiviso più sotto-programmi (funzioni), ognuno dei quali risolve un sotto-problema (divide-et-impera) Gestibilità del codice
34 M-File MATLAB consente di memorizzare una sequenza di istruzioni in un file, detto M-File In particolare, un M-File può essere di due tipi M-File Script: contiene una sequenza di comandi o istruzioni MATLAB, nella stessa forma in cui vengono scritti usando Command Window M-File Function: contiene nuove funzioni MATLAB definite dall utente. In generale, tali funzioni accettano dati in input e restituiscono dati di output, come risultato della loro elaborazione
35 M-File Function 1/11 MATLAB mette già a disposizione diverse funzioni, dette funzioni built-in Alcune delle quali sono state utilizzate nelle lezioni precedenti Ad esempio max, sum, mean, etc Inoltre, MATLAB permette all utente di creare proprie funzioni, dette funzioni user-defined
36 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined
37 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [variabili di output] = nome_funzione(variabili di input) <corpo_funzione> end
38 M-File Function 2/11 function [variabili di output] = nome_funzione(variabili di input) <corpo_funzione> end Le variabili di output sono quelle i cui valori vengono calcolati dalla funzione, utilizzando i valori delle variabili di input Le variabili di output sono racchiuse tra parentesi quadre (che sono facoltative quando c è un solo output) Le variabili di input devono essere racchiuse tra parentesi tonde La parola function nella riga di definizione della funzione deve essere scritta in lettere minuscole
39 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end
40 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Output
41 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Input
42 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Output Input
43 M-File Function (4) Vediamo come creare in MATLAB una funzione user defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Output Input
44 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Nome della funzione
45 M-File Function (4) Vediamo come creare una funzione user defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Nome della funzione
46 M-File Function- 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end
47 M-File Function (4) corpo_funzione Vediamo come creare una funzione user defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end
48 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Definizione (o dichiarazione) della funzione
49 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Definizione (o dichiarazione) della funzione 1 variabile di input
50 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end 1 variabile di output Definizione (o dichiarazione) della funzione
51 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end 1 variabile di output Definizione (o dichiarazione) della funzione N.B. I nomi delle variabili di output presenti (nella definizione della funzione) devono essere identici a quelli delle variabili in cui sono memorizzati i valori (calcolati) che la funzione deve restituire come output
52 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero Con Commenti) function area = area_triangolo_equilatero(lato) %La funzione prende in input la lunghezza di un lato e %restituisce in output l area del triangolo %L'area del triangolo equilatero può essere calcolata %dividendo per 4 la radice quadrata di 3; il risultato %ottenuto da tale divisione deve essere moltiplicato per %la dimensione del lato, elevata al quadrato area = sqrt(3)/4 * lato^2; end
53 M-File Function 4/11 Esempio 2 (Area Sfera) function area = area_sfera(raggio) area = 4 * pi * raggio^2; end Definizione (o dichiarazione) della funzione
54 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); volume = 4/3 * pi * raggio^3; end Definizione (o dichiarazione) della funzione
55 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); volume = 4/3 * pi * raggio^3; 2 variabili di output end Definizione (o dichiarazione) della funzione
56 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); volume = 4/3 * pi * raggio^3; 2 variabili di output end Definizione (o dichiarazione) della funzione N.B. I nomi delle variabili di output presenti nella definizione della funzione devono essere identici a quelli delle variabili in cui sono memorizzati i valori (calcolati) che la funzione deve restituire come output
57 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); invocazione a un altra funzione volume = 4/3 * pi * raggio^3; end Osservazione: all interno di una funzione è possibile invocare una o più funzioni user-defined e/o funzioni built-in di MATLAB NOTA: Le funzioni user-defined, per poter essere invocate, devono essere state precedentemente memorizzate (salvate) nel relativo M- File Function Vediamo come
58 M-File Function 6/11 Le funzioni user-defined, per poter essere invocate, devono essere state precedentemente memorizzate (salvate) nel relativo M-File Function function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Salvare una funzione user-defined in un M-File Function Il nome della funzione (nome_funzione) deve essere uguale al nome del file in cui sarà salvata tale funzione Ad es., se il nome della funzione è media, tale funzione deve essere salvata nel file media.m (N.B. MATLAB suggerisce già il nome corretto da dare alla funzione)
59 M-File Function 6/ Le funzioni user-defined, per poter essere invocate, devono essere state precedentemente memorizzate (salvate) nel relativo M-File Function function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Salvare una funzione user-defined in un M-File Function Il nome della funzione (nome_funzione) deve essere uguale al nome del file in cui sarà salvata tale funzione Ad es., se il nome della funzione è media, tale funzione deve essere salvata nel file media.m (N.B. MATLAB suggerisce già il nome corretto da dare alla funzione)
60 M-File Function 7/11 Un M-file Function ha estensione.m ed il suo contenuto deve iniziare con la parola chiave function Seguita da eventuali parametri di input e di output Ogni M-file Function ha un proprio workspace, separato dal Workspace mostrato in MATLAB Tutte le variabili all interno dell M-file Function vengono dette locali ad esso Esistono soltanto all interno della funzione stessa Non vengono viste dall ambiente MATLAB o da altre eventuali M-file Function chiamanti
61 M-File Function 8/11 Una volta memorizzata la funzione user-defined nel relativo M-File Function (nella Current Directory), tale funzione può essere invocata dalla Command Window di MATLAB
62 M-File Function 8/11 Dopo che è stata creata (dichiarata), una funzione può essere utilizzata (invocata), fornendogli in input gli opportuni parametri function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Dichiarazione >> area_triangolo_equilatero(3) ans = Invocazione
63 M-File Function 8/11 Dopo che è stata creata (dichiarata), una funzione può essere utilizzata (invocata), fornendogli in input gli opportuni parametri function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Dichiarazione >> area_triangolo_equilatero(3) ans = Invocazione
64 M-File Function 8/11 N.B. È importante notare la differenza tra definizione (Dichiarazione) della funzione ed uso (Invocazione) della funzione stessa function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Dichiarazione >> area_triangolo_equilatero(3) ans = Invocazione
65 M-File Function 8/11 I valori restituiti in output da una funzione possono essere assegnati a variabili Che saranno visibili nel Workspace di MATLAB function mysum = sumtwonums(a,b) mysum = a+b; end >> somma = sumtwonums(3,4) somma = 7
66 M-File Function 8/11 I valori restituiti in output da una funzione possono essere assegnati a variabili Che saranno visibili nel Workspace di MATLAB >> [area, volume] = area_volume_sfera(6) area = volume =
67 M-File Function 9/11 Parametri formali I parametri formali sono quelli indicati in fase di dichiarazione della funzione Esempio function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio)... end raggio è un parametro formale di input della funzione area_volume_sfera
68 M-File Function 10/11 Parametri attuali I parametri attuali sono quelli indicati in fase di invocazione della funzione Esempio.. area = area_sfera(raggio);... In questo caso, raggio è un parametro attuale di input della funzione invocata area_sfera
69 M-File Function 11/11 I parametri possono essere di qualsiasi tipo Array, matrici, scalari, etc.. I parametri attuali vengono associati a quelli formali tenendo conto della posizione Il primo parametro attuale viene associato al primo parametro formale, il secondo attuale al secondo formale, etc.. È necessario che l invocazione a una funzione avvenga con un numero di parametri attuali di input uguale al numero dei parametri formali di input
70 Invocazione Dichiarazione M-File Function 11/11 function area_triangolo = areatriangolo(base, altezza) area_triangolo = (base * altezza) / 2; end 2 parametri formali: corrispondenti rispettivamente alla base ed all altezza N.B. Il primo parametro attuale deve corrispondere al primo parametro formale, il secondo parametro attuale deve corrispondere al secondo parametro formale e così via >> area_triangolo = areatriangolo(5, 3) area_triangolo = parametri attuali: corrispondenti rispettivamente alla base ed all altezza
71 Riferimenti Capitolo 1 Paragrafo 1 (Comandi di formattazione) Paragrafi 4 [File script ed Editor/Debugger] e 5 [La guida di MATLAB] Capitolo 3 Paragrafi 1 [Funzioni matematiche di base] e 2 [Funzioni definite dall utente, fino a Varianti nella chiamata di una funzione (incluso)]
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