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Capitulo II: MATLAB MODO DE PROGRAMACIÓN

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泰霖 王

on 29 April 2014

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Capitulo II: MATLAB MODO DE PROGRAMACIÓN
Archivos de Comandos (Scripts)
Recordemos que en Matlab trabajamos sobre el Comand Window que es la ventana inicial donde ingresamos comandos y los ejecutamos directamente.

Frecuentemente una serie de comandos debe ser ejecutada varias veces durante una misma sesión, para evitarnos el trabajo de ingresarlos continuamente existen los scripts.
Archivos de Comandos (Scripts)
El primer interrogante que puede surgir es ¿qué es un script?. Este término inglés significa: escrito, guión, nota; el término guión es el que más se utiliza en las traducciones al español.
Clasificación.
Archivos de Comandos (Scripts)
Antes de comenzar con los aspectos intrínsecos de la programación conozcamos el entorno que ofrece Matlab para el desarrollo de funciones y scripts. Con entorno quiero se refiere al editor de archivos propio.
Introducción a la programación en Matlab.
La programación en MATLAB se realiza básicamente sobre archivos M, o M-Files. Se los denomina de esta forma debido a su extensión “.m”

Estos archivos son simple archivos ASCII o scripts, y como tales, pueden ser creados y modificados desde cualquier editor de texto común; por ejemplo, el Bloc de Notas.
De acuerdo a como se definan, estos archivos pueden separarse en dos tipos:

1. Archivos de comandos o scripts.

2. Funciones.
Editor
Las funciones y scripts no son más que archivos de texto ASCII, con la extensión *.m, que contienen definición de funciones o conjuntos de comandos respectivamente.

Archivos de Comandos (Scripts)
Antes de comenzar con los aspectos intrínsecos de la programación conozcamos el entorno que ofrece Matlab para el desarrollo de funciones y scripts. Con entorno quiero se refiere al editor de archivos propio.

Editor.
El editor permite tanto crear y modificar estos archivos, como ejecutarlos paso a paso para ver si contienen errores (proceso de Debug o depuración, eliminar errores al programa).
También Matlab permite que utilicemos cualquier editor (edit de DOS, Word, Notepad, etc.), ya que los archivos son sólo de texto. El siguiente gráfico muestra la ventana principal del Editor/Debugger.

Editor
El editor muestra con diferentes colores los diferentes tipos o elementos constitutivos de los comandos. (en verde los comentarios, en rojo las cadenas de caracteres, etc.). El editor además indica que las comillas o paréntesis que se abren se cierren correctamente.

Ejemplo:
Ahora se crea un script con lo que se aprendió previamente.

Este ejercicio nos pide que se cree una matriz 3x3 cuyos elementos sean creados randomicamente; otra matriz 3x3 cuya suma de los elementos de sus filas, columnas, diagonales sean iguales. La Matriz resultante es el producto elemento por elemento de las matrices.




clc;%Limpiar la pantalla
clear all;%borra variables creadas
close all; %Siempre ponemos esto en la cabecera para cerrar todas %las ventanas

matriz1=rand(3); %Matriz 3x3 que contienen numeros randomicos %mayor que cero, menor que uno.
matriz2=magic(3); %Matriz 3x3 cuyas sumas de columnas, filas, %diagonales, etc son iguales.
matriz3=matriz1.*matriz2 %EL punto antes de la operacion * indica %que se realice la operacion que lo antecede de elemento a %elemento.

Otro ejemplo
Este ejercicio nos pide que se cree una matriz 3x3 cuyos elementos sean creados aleatoriamente, otra matriz 3x3 donde la suma de sus filas, columnas, diagonales sean iguales, y el resultado es la multiplicación elemento a elemento de las dos matrices
El Debugger o depurador
El Debugger o Depurador, es un programa enormemente útil para detectar y corregir errores, necesitamos conocerlo muy bien.

Debugger


Ayuda a corregir dos tipos de errores:
1. Errores de sintaxis: escribir mal el nombre de la función, olvidarnos de paréntesis, MATLAB detecta la mayoría de los errores de sintaxis y muestra un mensaje describiendo el error y mostrando su nº de línea en el archivo-M. Normalmente se pueden corregir los errores de sintaxis fácilmente basándonos en los mensajes de error de MATLAB.
2. Errores de ejecución y/o lógicos: Se producen por mala codificación del algoritmo, como modificar una variable equivocada o realizar un cálculo incorrecto.
Estos errores se hacen patentes cuando el archivo-M produce resultados erróneos.
EJEMPLO:
Depuración en el PC
Para comenzar la depuración es necesario abrir el programa en el editor de MATLAB.

Los iconos para depuración en la barra de herramientas son:
Botón de la barra de herramientas
Descripción


Análisis de las variables
Para llegar al punto de ruptura y analizar los valores de las variables de interés, en primer lugar debemos ejecutar el programa desde la ventana de comandos de MATLAB:
primo

introduciendo el valor 4 nuevamente. Cuando la ejecución del archivo‑M alcanza el punto de ruptura, se muestra en la ventana del editor una flecha amarilla a la izquierda de la próxima sentencia en ejecutarse. Cuando aparece una flecha amarilla hacia abajo a la izquierda del texto significa que se ha alcanzado el final del programa o función. Esto nos permite examinar las variables antes de volver a la función de llamada.

Analizaremos el valor de la variable div (obteniendo div=0), lo que nos indica que el error se ha producido antes, ya que para n=4 dicha variable debiera tener el valor 1, al ser divisible 4 entre 2.
Ya que el error se encuentra en alguna sentencia anterior, finalizaremos esta sesión de depurado (opción Debug+Quit Debugging), para colocar un nuevo punto de ruptura en alguna línea anterior.
Continuación y ejecución paso a paso

Eliminaremos el punto de ruptura de la línea 11 situándonos sobre esa línea y eligiendo las opciones de menú Debug, Clear Breakpoint o sacando el menú contextual y eligiendo Clear Breakpoint o pulsando el botón Set/Clear Breakpoint de la barra de herramientas.
Situamos ahora un nuevo punto de ruptura en la línea 5, y volvemos a repetir la ejecución del programa con el valor n=4. De esta manera el programa se detendrá en la evaluación del mientras, de modo que podremos ejecutar paso a paso todas las iteraciones del lazo. Para ello, pulsaremos el botón SINGLE STEP, que nos llevará a la línea 6. En la situación actual, n=4 y k=6, se cumplirá la condición del if, con lo cual al ejecutar la sentencia nuevamente con SINGLE STEP pasaremos a la línea 7. De este modo se almacena el valor 1 en la variable de la izquierda de la asignación. Si continuamos ejecutando paso a paso las sentencias, vemos que para el siguiente valor del lazo k=3 no se cumple la condición del if, con lo que las variables quedan con el mismo valor que tenían antes. Para el valor k=4 no se repite ya el lazo mientras, por lo que el programa saltará a la línea 11. En esta situación vemos que la condición de dicha línea se va a cumplir, ya que div=0, pero si evaluamos la variable de la izquierda de asignación de la línea 7 vemos que vale 1. En esta situación nos damos cuenta rápidamente que el error está en los nombres de las variables, ya que en la línea 7 le hemos llamado div, mientras que en la línea 11 se llama div, cuando debiera llamarse igual en ambos sitios.
Fin de la sesión de Depuración

Antes de modificar el programa para corregir el error, debemos abandonar la opción de depuración con DEBUG+QUIT DEBUGGING (o bien con el botón QUIT DEBUGGING de la barra de herramientas). Seguidamente corregimos el error, guardamos el programa y podemos comprobar que tras la corrección ya opera correctamente. Antes de volver a ejecutarlo, recordad que debéis eliminar el punto de ruptura, pues de no hacerlo nuevamente entraremos en un proceso de depuración.
Operadores Relacionales.
Los operadores lógicos que proporciona MATLAB son:
& AND
| OR

~ NOT

xor EXCLUSIVE OR
Ejercicios.
Escribir un programa en matlab que permita realizar la multiplicación de elemento por elemento de dos vector, mostrar su resultado.

NOTA: las matrices a ser multiplicadas deben ser ingresados por el usuario.

el punto antes del * indica que apliquemos la operacion elemento a elemento
- Ayuda a identificar errores de programación, tanto en programas como en funciones.
- Permite visualizar los contenidos de la memoria de trabajo durante la ejecución del programa o la función y ejecutar el código del archivo-M línea a línea


Ejemplo: Vamos a crear un archivo-M llamado primo.m que indica si un número pedido por teclado es primo o no.
Esto es incorrecto por lo que usaremos el depurador para aislar el error en los archivos-M
Fijar puntos de ruptura
La mayoría de las sesiones de depuración comienzan fijando un punto de ruptura en alguna/s de las líneas del programa. Estos puntos permiten parar la ejecución del programa en dichas líneas, lo que permite ver o cambiar los valores en la memoria de trabajo de la función antes de continuar la ejecución. Para fijar un punto de ruptura se debe situar el cursor en la línea correspondiente y pulsar el botón SET/CLEAR BREAKPOINT, o bien hacerlo a través del menú contextual. Con ello aparecerá un símbolo (circulo rojo) a la izquierda de dicha línea, lo que indica que el punto de ruptura está activado. Si la línea seleccionada para situar el punto de ruptura no es una línea ejecutable válida, entonces el punto de ruptura se sitúa en la siguiente línea ejecutable.


Análisis de las variables
Bibliografia: http://www-gsi.dec.usc.es/~alberto/lsc/matlab/apuntes/depurador.htm
clc;
clear all;
close all;
dim=input('Ingrese el numero de elementos de los vectores:');
disp('Ingrese los elementos del vector 1:')
for(i=1:dim)
fprintf('Ingrese el elemento %d: ',i);
a(i)=input('');

end
disp('Ingrese los elementos del vector 2:')
for(i=1:dim)
fprintf('Ingrese el elemento %d: ',i);
b(i)=input('');

end
a
b
c=a.*b

Bifurcaciones
Dentro de estas tenemos las siguientes operaciones:

Sentencia If


Sentencia switch
Sentencia if
La sentencia if al igual que en C, es una de las funciones mas básicas.
Ya que esta lo que hace es comparar una condición y ver si esta es verdad o no.

Sentencia If

Uno si resulta ser verdadero y otro si no.
Sentencia If
Bucles y Bifurcaciones
En Matlab también podemos crear al igual que en C, bucles para realizar repetidas operaciones, como bifurcaciones dentro del programa. Es decir al tener un tipo de respuesta se ejecutara de modo distinto
FUNCIONES
fopen Y fclose
Estas funciones sirven para abrir y cerrar ficheros
Como podemos ver en este diagrama de flujo de la sentencia if, tiene una condición y dos caminos que puede seguir.
La sintaxis en Matlab de la sentencia if es la siguiente:
if
(Condición)
Sentencia1
else
Sentencia2
end
Sentencia If Anidada
Para anidar la sentencia if, es decir crear una una sentencia if dentro escribimos la siguiente sintaxis.
[fi,texto] = fopen('filename','c')

donde fi es un valor de retorno que sirve como identificador del fichero, texto es un mensaje para el caso de que se produzca un error, y c es un carácter que indica el tipo de operación que se desea realizar.
Las opciones más importantes son las siguientes :
'r' lectura
'w' escritura reemplazando
'a' escritura a continuación
'r+' lectura y escritura
'a+'leer y adjuntar
Cuando por alguna razón el fichero no puede ser abierto, se devuelve un (-1). En este caso el valor de retorno texto puede proporcionar información sobre el tipo de error que se ha producido
también existe una función llamada ferror que permite obtener información sobre los errores
.

La sentencia se coloca el archivo en el principio.
Desconecta a un archivo desde el programa MATLAB operativo
fprintf(fi,'cadena de control',var1,var2,...)

Lee archivos abiertos.
FUNCIONES
fscanf Y fprintf
Sentencia Switch
Escribe archivos abiertos previamente.
[var1,var2,...] = fscanf(fi,'cadena de control',size)

A =fprintf(fid,format,a)
SIZE, donde se especifican los tipos de números
La cadena de control va encerrada entre apóstrofos simples, y contiene los especificadores de formato para las variables
Sentencia Switch
Encriptar textos
Un método de encripción de textos es el desplazamiento de códigos ASCII.

Ejemplo:
Código:
fichero = fopen('matlab.txt', 'wt');
fprintf(fichero, '%f\n', texto);
fclose(fichero);


'wt' indica que trabajo en modo texto, y no en binario.
'%f\n' es el formato de texto.
La sentencia switch realiza una función parecida a una función if anidada.
Sentencia Switch
La sintaxis del comando switch es la siguiente
Bucles
Los bucles permiten repetir las mismas operaciones sobre datos distintos.
Dentro de los bucles tenemos las siguientes sentencias:
Lazo For
Lazo while
La sentencia for repite un conjunto de sentencias un número predeterminado de veces
for i = 32 : 63
str = [num2str(i) ' ' char(i) ' '...
num2str(i+32) ' ' char(i+32) ' '...
num2str(i+64) ' ' char(i+64)];
disp(str)
end
Este codigo nos genera
una tabla asi:
Lazo for
32 64 @ 96 `
33 ! 65 A 97 a
34 " 66 B 98 b
35 # 67 C 99 c
36 $ 68 D 100 d
37 % 69 E 101 e
38 & 70 F 102 f
39 ' 71 G 103 g
40 ( 72 H 104 h
41 ) 73 I 105 i
42 * 74 J 106 j
43 + 75 K 107 k
44 , 76 L 108 l
45 - 77 M 109 m
46 . 78 N 110 n
47 / 79 O 111 o
48 0 80 P 112 p
49 1 81 Q 113 q
50 2 82 R 114 r
51 3 83 S 115 s
52 4 84 T 116 t
53 5 85 U 117 u
54 6 86 V 118 v
55 7 87 W 119 w
56 8 88 X 120 x
57 9 89 Y 121 y
58 : 90 Z 122 z
59 ; 91 [ 123 {
60 < 92 \ 124 |
61 = 93 ] 125 }
62 > 94 ^ 126 ~
63 ? 95 _ 127 
Otra forma de encriptar un texto
Lazo for
%Nuestro mensaje
m =
'Hello World'
;
% Encontramos el equivalente
n = double(m);
% Convertimos la caden a de caractereres
encoded = fliplr(num2str(n))
El resultado sera:
encoded =
001 801 411 111 78 23 111 801 801 101 27
Una forma muy conocida es utilizando este código que consiste desplazar o disminuir posiciones en letras.

% Place your string here
m =
'your message here'
% Find indices of letters that need a +13
ix1 = find(65 <= m & m <= 77 | 97 <= m & m <= 109);
%
Find indices of letters that need a -13
ix2 = find(78 <= m & m <= 90 | 110 <= m & m <= 122);

% Replace letters
m(ix1) = m(ix1) + 13;
m(ix2) = m(ix2) - 13;

% Display encoding
encoded = char(m)


Como podemos ver en la sintaxis el lazo for tiene dos partes importantes.
La segunda el numero de repeticiones
La primera es la condición de inicio de nuestro lazo.
Nota:
cuando no se especifica el avance es 1
Lazo for
El resultado:
encoded = lbhe zrffntr urer

             
\ b Retroceso'' comilla simple
              \ Form feed f%% caracteres Porcentaje
              \ n Nueva línea \ \ Barra invertida
              \ r retorno de carro \ número hexadecimal N xN
              \ t Tabulación horizontal \ N número octal N
         
Para la mayoría de los casos, \ n es suficiente para un solo salto de línea.
          Sin embargo, si va a crear un archivo para su uso con Microsoft
          Bloc de notas, especifique una combinación de \ r \ n para pasar a una nueva línea.
Crear un archivo de texto llamado exp.txt contiene una pequeña tabla de
     la función exponencial.
 
         x = 0: .1:1;
         y = [x​​; exp (x)];
         fid = fopen ('exp.txt', 'w');
         fprintf (fid, '% 6.2f% 12.8f \ n', y);
         fclose (fid);
Examine el contenido de exp.txt:
 
         type exp.txt
 
     MATLAB devuelve:
            0.00 1.00000000
            0.10 1.10517092
                 ...
            1.00 2.71828183
S = fscanf(fid,'%s')

imprimira una cadena de caracteres
Realizar un script en matlab que permita ingresar un texto, este texto es grabado como un archivo .txt, luego este sea leído y encriptado, el texto encriptado va a ser almacenado en otro archivo .txt

Ejercicio
clc;
clear all;
close all;

%Pedimos los datos al usuario.
tex_recibido=input(
'Ingrese el texto a encriptar entre comillas simples:
');
%Creamos el fichero no encriptado.
[fi,Error] = fopen('Texto_Plano.txt','w');
%Guardamos los datos de la variable etx_encriptar al archivo
fprintf(fi,'%s',tex_recibido);
%Cerramos el archivo
st = fclose(fi);

%Abrimos el archivo
[fi,Error] = fopen('Texto_Plano.txt','r');
%Almacenamos el string en la variable texto_a_encriptar
texto_a_encriptar= fscanf(fi,'%s');
%Cerramos el archivo
st = fclose(fi);
%Creamos un archivo con el texto encriptado
[fi,Error] = fopen('Texto_Encriptado.txt','w');
%Encriptamos
texto_a_encriptado=char(abs(texto_a_encriptar)-10);
disp(
'Tu texto encriptado es:
')
disp(texto_a_encriptado)
%guardamos el archivo con el texto encriptado
fprintf(fi,'%s',texto_a_encriptado);
%Cerramos el archivo
st = fclose(fi);

El método de la burbuja también lo podemos aplicar con el lazo for.
Lazo For
El lazo for tambien puede ser igualado a un vector como valor inicial.
Teniendo como resultado un bucle que tomara valores hasta el numero de dimensiones del vector.
Ingresamos el texto
El código encriptado sera:
Lazo for
Ejemplo
Si yo tengo un vector a
Lazo for
Otra manera de utilizar nuestro lazo for es igualándolo a una matriz.
for
i=B
sentencia
end
Donde B es una Matriz
Lazo for
Ejemplo
Lazo while
Break y Continue
Entrada y Salida con Formato
fprintf
Especificadores de formato
Ficheros de Funcion
Diferencias entre Scrips y Funciones
El lazo while crea un bucle el cual no esta definido cuantas veces este repetira. Ya que para que el bluque termine es necesario que nuestra condicion sea falsa
Break:
Es una sentencia que permite detener la ejecucion de un bucle.

Creación de una función
Una función acepta argumento de entrada y nos da un argumento de salida
Una función al contrario de un Script debe ser invocada
Continue:
Es una sentencia que nos permite pasar a la siguiente iteracion
Pasos a seguir
1. En la pestana Home ir a New y escoger funcion
Break y Continue
• Un fichero script es una secuencia de comandos MATLAB, también denominada
programa.
• Cuando se ejecuta un fichero script, MATLAB ejecuta los comandos en el orden en
que éstos han sido escritos, igual que si se ejecutaran uno auno en la Ventana de
Comandos.
• La utilización de ficheros script es conveniente, ya que éstos pueden ser editados (es
decir, se pueden corregir o modificar), y se pueden ejecutar tantas veces como se
quiera.

El Editor
Para crear un script damos click en file, luego en New, luego damos click en script, o podemos crear uno nuevo dandole a los botones Ctrl+N
Los demás scripts aparecen en estas pestañas
No hay que olvidarse que para nombrar el script no deben de tener caracteres especiales o empezar con un numero.
el subrayado de rojo nos sugiere que le pongamos ;
2. Ingresar la variable de salida el nombre de la función y la variable de salida
En la entrada y salida de datos, tenemos 2 funciones básicas.

disp= Para imprimir datos (Salida de datos)


input= Para ingresar datos(Entrada de datos)
3.Guardar el archivo
RECORDAR:
El archivo debe tener el mismo nombre de la función
El nombre de la función no debe tener ningún caracter especial al inicio.
4. Invocar la función en el Comand Window
>
Nota:
Recordar que las variables no se almacenan en el work space
Se debe asignar un nombre a la función para que esta se almacene.
Ejem:
A=Nombre(argumento)
Si la función tiene más de un parámetro de entrada, estos se separan por comas y si tiene más de un parámetro de salida se escribe la lista separada por comas y entre corchetes.
Ejem:
funcion[a,b]=Nombre(a,b,c)
El nombre del fichero (M-file) que contiene la función es el mismo nombre de la función seguido de la
extensión .m.
Cuando llamamos a una función, MATLAB busca en el espacio de trabajo y después en los directorios indicados en el current directory.
Si queremos conocer los M-files que tenemos en nuestro directorio de trabajo, escribiremos la orden what en la línea de comandos.
Si queremos ver el contenido de un M-file, entonces teclearemos en la línea de comandos:
type
(Nombre de la función)
Esta función nos permiten tener una salida mucho mas especifica , ya que en esta función podemos elegir el formato de impresión que tendrá.

EJEMPLO
Creación de una función que diga si un numero es mayor o menor que cero
IMPORTACIÓN Y EXPORTACIÓN DE DATOS
Existen muchas formas de mover datos entre MATLAB y
otras aplicaciones: en casos simples se usan formas nativas
de MATLAB. En casos mas complejos es necesario crear ´
programas.
Podemos importar datos de diferentes formas:
Ingreso como lista de elementos
Carga de datos desde un archivo ASCII
Creación de datos en un archivo *.m
Usar funciones de manejo de archivos
Usar funciones especializadas a determinadas aplicaciones
Ingreso como lista de elementos
Ingreso de datos directamente en el comand window.
Tiene como defecto que no se permite la edicion de datos
Creación de datos en un archivo *.m
%d =para variables enteras
%s =para cadenas de caracteres
%f =para variables de punto flotante
%lf =para variables de doble precisión

Utilizando el editor de texto de matlab.
Aquí se puede editar sin ningún problema los datos.
Una función en Matlab es similar a una función en C. Ya que tenemos un dato de entrada y un valor de retorno.
Cargar desde un archivo ASCII
Es posible leer un flat file escrito con caracteres ASCII. Un flat file es un fichero con filas de longitud constante separadas con Intro, y varios datos por fila separados por blancos.
Se puede leer este tipo de archivos de la siguiente manera:
Un scrips se lo ejecuta
Scrips:
Funciones:
Una función se la invoca.
A=
load
('archivo.comado')
No acepta argumentos de entrada ni salida
Siendo A la variable donde se almacenaran los datos
Si no se da nombre al archivo la variable aparece con el nombre delarchivo
Tiene un argumento de entrada
Se debe cambiar el current folder tomado en cuenta la ubicación del archivo
El for se ejecutara de acuerdo al numero de elementos
Ejemplo:
texread
Las variables se almacenan en el workspace
La funcion textread lee strings y datos numericos desde un archivo a variables MATLAB utilizando especificadores de conversion.
Los especificadores de conversion pueden ser por ejemplo: formato de datos y ancho de campo.
textread es util cuando los archivos tienen un formato uniforme.
Las variables internas de la función no son visibles en el workspace
Ejemplo:
En general:
[A,B,C, ...] = textread(’archivo’,’formato’,N)
N es el número de filas que se desean leer, el valor N = -1 permite leer todo el archivo.
Si se omite este parámetro lee el archivo completo.

xlsread
Como sabemos Microsoft Excel es una de las herramientas de gestion de datos mas importantes.
xlsread
Por tal motivo llevar a cabo la importación de datos desde Excel se utiliza este comando.
Este comando importa los datos de una hoja de cálculo Excel a una variable de tipo vector o matriz.
La sintaxis es la siguiente:
A=xlsread(‘nombre del archivo’)

A:matriz o vector
Ejemplo:
Nota:
Debemos tomar en cuenta que el Current Directory debe estar en el sitio donde se guardo nuestro archivo.
xlsread
Si un archivo Excel contiene mas de una hoja, se puede utilizar otra versión del comando xlsread para decidir cual de ellas importar:
Otro método de importación de datos es utilizar el Xlsread.
nombre_variable=xlsread('nombre_archivo','nombre_hoja')
xlswrite
El proceso inverso, es decir, la exportación de datos MATLAB a una hoja Excel es mediante el comando xlswrite.
xlswrite('nombre_archivo',nombre_variable)
nombre_variable:
es el nombre de Ia variable MATLAB que contiene los datos que serán exportados.
'nombre_archivo':
introducido como cadena, es el nombre del archivo Excel al cual se quieren exportar los datos. El archivo debe estar en el directorio actual. Si el archivo no existe se crea con el nombre especificado.
Ejemplo
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