Appunti Fondamenti di informatica

DEFINIZIONE E CODIFICA DI UN ALGORITMO:

Un PROGRAMMA è quindi definito come una sequenza di istruzioni formulate in accordo alla

sintassi (insieme di regole sulla formazione delle espressioni in un linguaggio) e alla semantica

(insieme di regole per l’interpretazione del significato del testo) di un linguaggio di

programmazione, che un utente fornisce ad una macchina per svolgere una determinata

funzione.

MATLAB è un ambiente di calcolo numerico il cui termine deriva da MATrix LABoratory

Consente di gestire variabili, importare ed esportare dati, svolgere calcoli, disegnare grafici,

programmare istruzioni e sviluppare applicazioni, rendendosi molto utile e versatile per l’elaborazione

di dati e lo sviluppo di modelli.

CARATTERISTICHE GENERALI. Matlab contiene un linguaggio di programmazione proprietario

tramite il quale è possibile creare, trasformare, visualizzare, elaborare e salvare dati ed operazioni

complesse. In termini di linguaggio di programmazione, Matlab è molto simile al linguaggio C nel

consentire la possibilità di creare dati strutturati, istruzioni di selezione, cicli e funzioni. Differisce,

invece, da C nel fatto che Matlab non ha bisogno di essere trasformato in codice eseguibile dal

calcolatore ma viene interpretato direttamente dall’ambiente Matlab, rendendolo così più semplice e

veloce nella scrittura dei programmi. Inoltre, in Matlab non serve dichiarare le variabili in quanto esse

si definiscono direttamente nel punto in cui vengono impiegate per la prima volta e sono di tipo

dinamico nel senso che possono cambiare durante l’esecuzione del programma a seguito di

assegnamenti diversi. Infine, rispetto a C che tratta generici aspetti della programmazione, Matlab è

indirizzato alla risoluzione di problemi numerici.

FUNZIONALITA’. Matlab è un linguaggio per la computazione tecnica e comprende strumenti per

l’algebra lineare, operazioni con matrici, funzioni di Fourier, funzioni matematiche e trigonometriche,

funzioni statistiche, funzioni per la risoluzione di equazioni differenziali, funzioni per la

rappresentazione grafica e molto altro. Grazie a questo vaso insieme di strumenti, è utilizzato per

svolgere una serie di funzionalità specifiche:

Matematica e analisi numerica

⎯ Sviluppo di algoritmi

⎯ Modellistica, simulazione e prototipazione

⎯ Analisi, esplorazione e visualizzazione di dati

⎯ Disegno scientifico e industriale

⎯ Elaborazione grafica

⎯ Calcolo parallelo

⎯ Sviluppo di applicazioni

⎯

TOOLBOX. Grazie a queste funzionalità, MATLAB caratterizza una famiglia delle soluzioni

toolboxes

application-specific dette toolboxes. I sono collezioni complete di funzioni Matlab che ne

estendono l’ambiente di sviluppo al fine di risolvere particolari categorie di problemi. Gli ambienti più

comuni in cui i toolboxes sono disponibili sono: l’elaborazione dei segnali, i sistemi di controllo, le

reti neurali, le wavelets e la simulazione. Alcuni tra i principali Toolbox sono quindi i seguenti:

◦ The Signal Processing Toolbox: per l’elaborazione di segnali digitali mono e bi-dimensionali,

la progettazione e l’analisi di filtri digitali, l’estrazione delle features e la stima dello spettro di

potenza

◦ The Spline Toolbox: per la gestione e l’elaborazione delle curve di interpolazione (splines)

◦ The Control System Toolbox: per la modellizzazione, l’analisi e la progettazione di sistemi di

controllo automatico

◦ The Neural Network Toolbox: per la progettazione e la simulazione di reti neurali

VANTAGGI. Matlab è un programma di calcolo interattivo basato sul calcolo matriciale, tramite il

quale è possibile accedere ad una libreria di procedure di calcolo numerico molto sofisticate, e

rappresentare graficamente i risultati. Ha un’interfaccia molto semplice e permette l’esecuzione di

molte operazioni con l’uso di singoli comandi. I vantaggi principali offerti da Matlab sono:

rapidità di programmazione (linguaggio di altissimo livello)

⎯ enormi potenzialità grafiche built-in

⎯ facile debug

⎯ help in linea semplice e completo

⎯ linguaggio standard per l’analisi numerica

⎯

DI CONTRO LO SVANTAGGIO principale è legato al fatto che è lento in fase di esecuzione

poiché non esiste un compilatore ma solo un interpreta dei comandi; inoltre non ha una gestione

efficiente della memoria anzi ne richiede molto in esecuzione.

DOCUMENTAZIONE. Matlab rende disponibile un’ampia documentazione “in linea” attraverso

comandi molto semplici tra cui:

Helpdesk:

◦ per avere accesso ad un archivio contenente le istruzioni, la loro funzione e la loro

sintassi

Lookfor <keyword>:

◦ consente di effettuare una ricerca sulla parola chiave per sapere cosa

contiene Matlab riguardo un nome, un comando, una istruzione, una funzione o altro

Help <nome_argomento>:

◦ genera l’elenco e la descrizione delle funzioni relative

all’argomento selezionato per conoscere la corretta sintassi di una istruzione

Help:

◦ fornisce l’elenco degli

argomenti. La chiamata di help

mostra una lista degli argomenti

disponibili TIPI DI DATI E FORMATI DI VISUALIZZAZIONE 34

FORMATO

Il formato standard di rappresentazione dei dati in MatLab è con 5 cifre. La rappresentazione può

essere comunque modificata tramite il comando format; questa modifica ovviamente non incide

sull’effettiva precisione con cui Matlab esegue il calcolo ma ha effetto solo sulla visualizzazione. Il

formato in cui sono memorizzati e numeri e in cui sono eseguiti i calcoli è sempre double (floating

point in doppia precisione).

I formati di visualizzazione dei numeri tramite il comando format sono i seguenti:

format short: formato scaled fixed point con 5 cifre (valore di default)

⎯ format long: formato scaled fixed point con 15 cifre

⎯ format short e: formato floating point point con 5 cifre (valore di default)

⎯ format long e: formato floating point point con 15 cifre

⎯ format rat: numero razionale

⎯ AVVIO DI MATLAB 35

New: apre una finestra di dialogo per la creazione di file di programma

⎯ Open: apre una finestra di dialogo per aprire un file di programma

⎯ Close: chiude la finestra dei comandi attiva

⎯ Import Data: avvia una utility per l’importazione dei dati

⎯ Save Workspace As: salva tutte le variabili caricate in memoria in un unico file

⎯ Set Path: apre una finestra di dialogo per impostare il percorso di ricerca dei file

⎯ Preferences: apre una finestra di dialogo per impostare diversi parametri di Matlab

⎯ Print: apre finestra di dialogo per stampare i testi presenti nella finestra di dialogo

⎯ Print Selected: apre finestra di dialogo per stampare le parti selezionate

⎯ File List: visualizza un elenco cronologico dei file aperti precedentemente

⎯ Exit Matlab: chiude il programma

⎯

ALTRI

Undo: annulla l’ultima operazione

⎯ Redo: annulla l’ultima operazione Undo

⎯ Cut: taglia e registra negli appunti di Windows

⎯ Copy: registra negli appunti di Windows

⎯ Paste: inserisce il contenuto presente negli appunti di Windows

⎯ Select All: seleziona tutto

⎯ Delete: cancella la variabile selezionata nella finestra Workspace

⎯ Clear Command Windows: cancella tutti i testi della finestra dei comandi

⎯ Clear Command History: cancella tutti i testi della finestra Command History

⎯ Clear Workspace: cancella tutte le variabili memorizzate all’interno del Workspace

⎯ COMANDI UTILI

diary mywork.dat: apre il file di testo mywork.dat nel quale è trascritto il flusso delle istruzioni

⎯

digitate a partire da quel momento

diary off: interrompe la scrittura del flusso delle istruzioni e chiude il file mywork.dat

⎯ quit: termina la sessione di lavoro e chiude MATLAB

⎯ demo: mostra esempi significativi di possibili applicazioni del software

⎯ doc: introduce alcune informazioni di base di MATLAB e mostra quali toolboxes siano installati

⎯

nella versione correntemente in uso

help: consente di ottenere informazioni dettagliate su qualsiasi comando

⎯ clear all: cancella tutte le variabili salvate pulendo il Workspace

⎯ close all: chiude tutti i grafici aperti

⎯ clc: pulisce i comandi scritti nella Command Window

⎯ simbolo % o %%: legge ciò che lo segue non come comando da eseguire ma come commento

⎯ ctrl+r: commenta una riga di testo in uno script

⎯ ctrl+t: de-commenta una riga di testo in uno script

⎯ ctrl+c: interrompe l’esecuzione del programma

⎯ global: una function legge i dati delle variabili già presenti all’interno di uno script.

⎯ OPERATORI

1- ARITMETICI dove le operazioni vengono svolte da sx verso dx rispettando le regole di precedenza

dell'algebra. (somma, sottrazione, moltiplicazione, divisione e elevamento a potenza)

2- DI CONFRONTO sono operatori che restituiscono 1 se il confronto è vero e 0 se il confronto è falso

3- OPERATORI LOGICI REGOLE DI PRECEDENZA

1. Primo livello di precedenza: per operazioni in parentesi dalla coppia di parentesi più interna

2. Secondo livello di precedenza: per operazioni di elevazione a potenza da sinistra a destra

3. Terzo livello di precedenza: per operazioni di moltiplicazione e divisione da sinistra a destra

4. Quarto livello di precedenza: per operazioni di addizione e sottrazione da sinistra a destra

VARIABILI INTERVALLI E STRINGHE 36

VARIABILE= nome associato ad una entità (scalare, vettore o matrice) che contiene dati e il tipo della variabile

viene costruito automaticamente rispetto al tipo di valori assegnati

✓ Dal momento della loro definizione, le variabili possono essere utilizzate e modificate con altri comandi

✓ Le variabili nel Workspace possono essere salvate in un file.mat e poi importate in un'altra sessione di lavoro

FUNZIONE 37

istruzione che riceve un certo elenco di valori (argomenti) fra parentesi tonde, separati da virgole, in ordine

opportuno, e restituisce uno o più valori numerici

Su matlab esistono LE FUNZIONI INTRINSECHE ovvero funzioni bulti-in inglobate nel workspace e già

fornite di default nell'ambiente integrato; per poterle utilizzare è necessario semplicemente richiamarle per nome

nella finestra dei comandi. ARRAY 38

Un ARRAY è un insieme di elementi ordinato,

secondo uno o più indici, cui ci si riferisce con un

singolo nome di variabile.

INDICI:

✓ Numerazione da 1 a n e da sinistra a destra nei vettori riga

✓ Numerazione da 1 a n e dall’alto verso il basso nei vettori colonna

VETTORI IN MATLAB - CREAZIONE

in matlab un vettore viene creato utilizzando le parentesi quadre che delimitano gli elementi del vettore stesso.

Nel caso di vettore riga, i singoli componenti sono delimitati da uno spazio o da una virgola mentre nel caso del

vettore colonna, i singoli c