Herzlich Willkommen zur Informatik I. Programme in MATLAB. Funktionen schreiben im Matlab. Agenda

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1 Thema heute: Tipps & Tricks MATLAB programmieren Herzlich Willkommen zur Informatik I Aga Funktionen, Skripte,M-Files in MATLAB Programmierkonstrukte Komplexe Zahlen Pause Graphische Benutzeroberflächen Matlab-Puzzle-Projekt MPP Programme in MATLAB Funktionen schreiben im Matlab M-Files: Dateien mit der Endung *.m (sowohl Skripte als auch Funktionen) Skript: M-File, welches eine Sammlung von MATLAB- Befehlen enthält. Statt dass die Befehle einzeln eingetippt werden, werden alle in eine Datei geschrieben und die Datei dann laufen gelassen. Funktion: M-File, welches eine spezielle Kopfzeile hat. Dies erlaubt das übergeben von Eingangsparametern und das zurückreichen von Rückgabewerten. Beispiel: function y = funcname(x) File -> New -> M-File Editorfenster öffnet sich Funktion eintippen (im Editorfenster) function [Rückgabewerte] = Funktionsname(Übergabewerte) Matlab-Befehle. Klammern angeben, auch wenn keine Werte übergeben werden! Speichern: File -> Save (im Editorfenster) Als Dateiname wird automatisch der Funktionsname vorgeschlagen (mit der Endung.m). Der Dateiname und der Funktionsname müssen übereinstimmen! Ausprobieren: (im Matlab-Command-Window) >>Funktionsname(Übergabeparameter) Die Anzahl der Übergabeparameter muss übereinstimmen mit der in der Funktion definierten Anzahl. 1

2 Bestandteile einer Funktion Rückgabeparameter Funktionsname Eingangsparameter function [a,b] = zahlen(x,y) % hier wird irg etwas berechnet a = x+y*4 77; % Formel 1 b=a/23; % Formel 2 Ende der Funktion Kopfzeile H-Line erscheint bei >>doc zahlen Kommentare Dateiname: zahlen.m Mehr zu Funktionen auf dem Arbeitsblatt: Programmieren in Matlab Funktionsaufruf im CommandWindow : >> [u,v] = zahlen(3,4) Repetition: Fläche in 3D [X,Y] = meshgrid(-2:.2:2, -2:.2:2); Z = X.* exp(-x.^2 - Y.^2); surf(x,y,z) Meshgrid aus Zahlenbereichen oder aus Vektoren erzeugen Meshgrid spannt ein Netz von Gitterpunkten auf. Diese können in der reellen Zahlenebene oder in der komplexen Zahlenebene sein. [X,Y] = meshgrid(-2:1:2, -2:1:2); Oder Zahlenbereich a=[ ] Vektoren b =[ ] [X,Y] = meshgrid(a,b) 2

3 Meshgrid aus linspace-vektoren und als kompexe Zahlenebene a = linspace(-2,2,5) b = linspace(-2,2,5) [X,Y] = meshgrid(a,b) Und als komplexe Zahlenebene: a = linspace(-2,2,5) b = linspace(-2,2,5) [Realteil, Imaginaerteil] = meshgrid(a,b) C = Realteil + i*imaginaerteil Rechnen mit komplexen Zahlen im Matlab I c = a + bi oder c = a + bj oder c = a + b*i oder c=a + b*j Siehe >> doc complex Absolut-Betrag von komplexen Zahlen: abs abs(x) returns the complex modulus (magnitude), which is the same as sqrt(real(x).^2 + imag(x).^2) (Matlab doc) Rechnen mit komplexen Zahlen im Matlab II Resultate darstellen c = a + bi d= e + fi Addition: c + d = a + bi + e + fi = (a+e)+(b+f)i Multiplikation: c * d = a * e + a*fi + e*bi + bi*fi = = a * e + (a*f + e*b)i + (-1)*b*f = = a * e - b * f + (a*f + e*b)i Fall 1: Man hat eine Funktion. Surface-Plot mit surf Fall 2: Man hat eine Matrix mit Werten. Bild darstellen mit imagesc 3

4 Fall 1: 3 Schritte für Surface-Plots in der komplexen Zahlenebene 1. mit meshgrid komlexe Ebene aufspannen und Zahlenebene C definieren 2. Z berechnen als Funktion von C (entspricht der Höhe über der Zahlenebene) 3. Surface zeichnen Fall 2: Imagesc verwen Scale data and display image object. imagesc(x) Farbdarstellung beeinflussen mit colormap Farbskala strecken/stauchen mit clims: die höchsten bzw. tiefsten Datenwerte werden auf die erste bzw. letzte Farbe in der Farbtabelle gesetzt. Dies verbessert die Farbdarstellung für mittlere Datenwerte. Kontrollstrukturen in Matlab Spielereien mit Schleifen Schleifen (Wiederholung von Anweisungsblöcken) while (Bedingung) for i=1:n Verzweigung if (Bedingung) elseif (Bedingung) else Kleinste darstellbare Gleitkommazahl in Matlab eps=1 while (eps+1)>1 eps=eps/2 Grösste darstellbare Zahl (grobe Näherung) a=1 while a<inf a=a*2 4

5 Spielerei mit Verzweigung function []= wert(x) if x<0 'die Zahl ist zu klein' else if x>10 'die Zahl ist zu gross' else function []= wert(x) 'die Zahl ist gerade richtig' if x<0 'die Zahl ist zu klein' elseif x>10 'die Zahl ist zu gross' else 'die Zahl ist gerade richtig' Ereignisgesteuerte Programmierung Benutzeroberflächen: Das Programm wartet auf Input des Benutzers (z.b. Mausklick, Tastatureingabe, etc.). Wenn ein Ereignis eintritt, wird eine entspreche Funktion aufgerufen. Diese Funktionen müssen programmiert werden. Hierarchische Anordnung von Grafikobjekten GUI programmieren 1 root figure1 figure2 figure3 Wurzel Grafikfenster >> guide Blank GUI (Default) auswählen axes1 axes2 axes3 button line1 line2 line3 line4 line5 Grafikobjekt Knopf (push-button) Linie Elemente im GUI einfügen. 5

6 GUI Programmieren 2 GUI Programmierung 3 Eigenschaften im Property Inspector festlegen 1. speichern erzeugt zwei Dateien: *.fig und *.m 2. starten GUI reagiert aber noch nicht auf Eingaben (Mausklicks, etc.) GUI Programmierung 4 GUI Programmierung 5 *.m Datei enthält den automatisch erzeugten MATLAB-Code mit den so genannten Callbacks für alle GUI-Elemente. Hier muss nun der eigene Code (z.b. Aufruf einer eigenen Funktion) eingefügt werden. *.fig Datei enthält die Angaben zur Darstellung des GUI. Diese Datei muss nicht verändert werden. M-File Editor öffnen in der Menu-Zeile des GUIDE: So sieht der Code aus, zu einem Knopf (Pushbutton) % --- Executes on button press in pushbutton1. function pushbutton1_callback(hobject, eventdata, handles) % hobject handle to pushbutton1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % % hier wird der eigene Code eingefügt delete(handles.figure1) 6

7 GUI Programmierung 6 Grafik-Handle Man muss nicht alles verstehen im Code! Aber man muss die richtige Stelle finden. Hinweise DO NOT EDIT sind wirklich so gemeint. Callbacks zu den Elementen suchen: Name des Elements bestimmen mit GUIDE im Property Inspector in der Titelzeile oder im Tag -Feld, anschliess im Code die Callbackfunktion suchen z.b. pushbotton1_callback Code von unten her durchsuchen. Grafische Objekte entgleiten sobald sie am Bildschirm dargestellt sind. Mit Handle Verbindung zum Grafikobjekt halten. Haltegriff MATLAB Handles MATLAB-Puzzle (MP) gcf aktuelles Grafikfenster (Figure) gca aktuelles Grafikobjekt (Axes) gco aktuelles Element (Linie, Fläche, ) findobj findet die aktuellen Objekte der zuletzt erzeugten Grafik. get zeigt die Objekte an set verändert die Objekte Ziel: Umfangreicheres Matlab-Programm mit Benutzungsoberfläche programmieren in 3-er Teams. Phase 1: Puzzle Je ein Teammitglied wird Experte für ein Thema A: Matrizen und Algorithmen B: Grafik C: Graphische Benutzungsoberfläche GUI Anschliess unterrichten sich die Teammitglieder gegenseitig. Phase 2: Teamarbeit Aufgabe gemeinsam lösen. Ein Beispiel wird in der Vorlesungsstunde präsentiert werden ( Sinusbeispiel ). 7

8 Reservieren: 10.November 2009 Vorlesung: Beispiel wird vorgeführt, welches sehr ähnlich ist wie die zu löse Aufgabe (Graphische Benutzeroberfläche). Teilnahme an Übungsstunde obligatorisch! Alternative: AdobeConnect. 8