GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Programování F1400 + F1400a
doc. RNDr. Petr Mikulík, Ph.D.
podzimní semestr 2020
function f = faktorial_cyklus ( n )
f = 1;
for k=2:n f = f*k; end
end
function f = faktorial_prod ( n )
f = prod(1:n);
end
function f = faktorial_rek ( n )
if (n<=1) f = 1;
else f = n * faktorial_rek(n-1);
end
end
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Často používané kusy kódu
Hodí se rozdělit program na části, které se často nebo opakovaně
používají.
Často opakované činnosti, tedy bloky kódu (v rámci jednoho programu
nebo i ve více programech, např. sqrt(x), exp(x), výpis chyb, . . . )
přesuneme bokem, pak se na vyžádání daná činnost vykoná a vrátí se
výsledek ⇒
zpřehlednění a uspořádání kódu,
při ladění či změnách stačí tento kód opravit na jediném místě.
Struktura programu: zdrojový kód se tak rozdělí na část s deklarací
globálních proměnných, implementací funkcí a procedur, a na hlavní
tělo programu.
Funkce: blok kódu, který vrací nějaký výsledek (např. derivaci nějaké
funkce, počet malých písmen v řetězci, počet pulsů načtených
z detektoru, inverzní matici, data načtená ze souboru, apod.).
Procedura: blok kódu, který nic nevrací (může třeba vypsat nějakou
zprávu na obrazovku, poslat soubor na server apod.).
Přesné používání terminologie funkce/procedura není striktně vyžadováno.
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Funkce a procedury
Uložte to jako: privitani.m, soucet_soucin.m, letosni_rok.m, delka_uhel_2d.m
Jednoduchá procedura
1 % Vypis neco kratkeho na obrazovku
2 function privitani ()
3 fprintf(’Trivialni program.\n’);
4 fprintf(’Vitej zde!\n’);
5 end
Procedura se vstupními daty
1 % Secti a vynasob dve cisla ci matice
2 function soucet_soucin (a, b)
3 fprintf(’Soucet je %g\n’, a+b);
4 fprintf(’Soucin je %g\n’, a*b);
5 end
Funkce s výstupem
1 % Funkce vraci letosni rok, napr. 2019
2 function rok = letosni_rok ()
3 a = clock(); % vektor: datum cas
4 rok = a(1);
5 end
Funkce se vstupem i výstupem
1 % Delka a uhel od osy x vektoru a
2 function [d, uhel] = delka_uhel_2d (a)
3 d = sqrt( a(1)*a(1) + a(2)*a(2));
4 uhel = atan2(a(2), a(1));
5 end
Použití
1 privitani();
2 privitani;
3 fprintf(’PF %i\n’, letosni_rok()+1);
Použití
1 x=1.5; y=4.0; soucet_soucin(x,y);
2 v = [1.0, 2.0];
3 [d, alfa] = delka_uhel_2d(v);
4 fprintf(’Delka %g, uhel %g\n’,d,alfa);
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Rekurentní funkce
Rekurentní funkce: Funkce volající sama sebe.
Pozor na zacyklení! Vždy nastavit okrajovou podmínku.
Příklad – výpočet faktoriálu, z přímé nebo rekurentní definice
n! =
n
k=1 k
Přímý výpočet cyklem for
1 % Vypocet faktorialu cyklem
2 function f = faktorial_cyklus ( n )
3 f = 1;
4 for k=2:n
5 f = f*k;
6 end
7 end
Přímý výpočet vektorově
1 % Vypocet faktorialu vektorove
2 function f = faktorial_prod ( n )
3 f = prod(1:n);
4 end
n! = n · (n − 1)!, 1! = 0! = 1
Rekurentní výpočet
1 % Rekurentni vypocet faktorialu
2 function f = faktorial_rek ( n )
3 if (n<=1) % n<=1: vysledek zname
4 f = 1;
5 else % pocitame rekurentne
6 f = n * faktorial_rek(n-1);
7 end
8 end
Ke každému rekurentnímu algoritmu existuje i přímý.
Rekurentní algoritmy spotřebují hodně paměti.
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Předčasné ukončení funkce
Klíčovým slovem return vyskočíme (kdykoliv, předčasně) z funkce:
1 function vypis_odmocninu ( x )
2 if (x < 0)
3 fprintf(’Pozadovana odmocnina za zaporneho cisla.\n’);
4 fprintf(’Vyjde komplexni cislo 0+%gi\n’, sqrt(-x));
5 return
6 end
7 fprintf(’Odmocnina z nezaporneho cisla je %g\n’, sqrt(x));
8 fprintf(’Ctvrta odmocnina z nezaporneho cisla je %g\n’, sqrt(sqrt(x)));
9 end
Pokud bychom místo příkazu return použili
1 exit(1);
tak by došlo k ukončení celého interpretru.
Příkaz error(’popis chyby ci pouziti funkce’) slouží k předčasnému
ukončení funkce a ohlášení chyby na daném řádku:
1 error(’Spatny pocet parametru nebo neocekavana hodnota na vstupu!’);
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Počet a ověření parametrů vstupujících do funkce
V lokální proměnné nargin je počet vstupních parametrů funkce (tj. skutečný
počet parametrů, se kterými byla funkce volána). Příklad:
1 function f = faktorial_cyklus ( n )
2 if (nargin ~= 1)
3 error(’Funkci volejte s jednim vstupnim parametrem (celym cislem)!’);
4 end
5 if ~isscalar(n) || ~isnumeric(n)
6 error(’Vstupem musi byt cislo, ne vektor ani matice!’);
7 end
8 % Vypocet faktorialu n!
9 f = prod(1:n);
10 end
Vyzkoušejte volání této funkce s různým počtem a typem parametrů:
faktorial_cyklus
faktorial_cyklus()
faktorial_cyklus(5)
faktorial_cyklus([7:2:19]), faktorial_cyklus(ones(7,10))
V překládaných programovacích jazycích (C, C++, Fortran, Pascal, . . . )
kontroluje počet a typ vstupních parametrů překladač, u interpretovaných
kontrola prováděna není a na problém se přijde až během vykonávání programu.
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Zpracování více parametrů vstupujících do funkce
V lokální proměnné nargin je skutečný počet parametrů, se kterými byla funkce
volána. Příklad:
1 function testuj_nargin ( a, b, c )
2 if (nargin == 0 || nargin > 3)
3 fprintf(’Chybne volani teto funkce.\n’);
4 error(’Volani teto funkce vyzaduje dva nebo tri parametry!’);
5 end
6 % pokud funkci volame pouze se 2 parametry, tak dopln hodnotu promenne c
7 if (nargin < 3)
8 c = 42;
9 end
10 % a nyni jiz jsou definovane vsechny tri vstupni parametry
11 a, b, c
12 end
Pak můžeme volat funkci s různým počtem parametrů a vyhodnocení nespadne:
testuj_nargin
testuj_nargin(1.0)
testuj_nargin(2, 3)
testuj_nargin(4, 5, 6)
testuj_nargin(4, 5, 6, 7)
Pozn.: Srovnej toto chování s překládanými programovacími jazyky.
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Globální vs lokální proměnné
Lokální proměnné platí pouze ve funkci, v níž byly použity.
Globální proměnné platí ve všech funkcích, musí se ale deklarovat s klíčovým
slovem global.
Příklad Výpis chyby v různých jazycích
1 function vypis_chybu ( cislo_chyby )
2 global jazyk
3 if (jazyk == 1)
4 fprintf(’Doslo k chybe cislo %i\n’, cislo_chyby);
5 elseif (jazyk == 2)
6 fprintf(’Il y avait une erreur %i\n’, cislo_chyby);
7 else
8 fprintf(’There was an error %i\n’, cislo_chyby);
9 end
10 end
Použití
jazyk=1; err=1; vypis_chybu(err)
jazyk=2; err=err+1; vypis_chybu(err)
jazyk=0; err=err+1; vypis_chybu(err)
global jazyk; fprintf(’\n’)
jazyk=1; err=err+1; vypis_chybu(err)
jazyk=2; err=err+1; vypis_chybu(err)
jazyk=0; err=err+1; vypis_chybu(err)
Výstup na obrazovku
There was an error 1
There was an error 2
There was an error 3
Doslo k chybe cislo 4
Il y avait une erreur 5
There was an error 6
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Příkazy týkající se zpracování funkcí
Funkční soubory musí být v prohledávané cestě, tj. buď v aktuálním
adresáři nebo v seznamu prohledávaných adresářů – příkaz path je vypíše,
příkaz addpath(’/cesta/k/adresari’) přidá zadaný adresář do cesty.
Příkaz which
which faktorial_rek
which faktorial_rek.m
which cputime
vypíše, kde se nachází soubor s definicí dané funkce, příp. zdali se jedná
o zabudovanou (built-in) funkci.
Příkaz
type faktorial_rek
type faktorial_rek.m
vypíše obsah daného funkčního souboru.
Pomocí příkazů
echo on all
faktorial_rek(5)
echo off
se budou postupně vypisovat příkazy z právě vykonávaného souboru.
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Náhodná čísla
Problém s generováním opravdu náhodných čísel (resp. náhodného šumu)
na deterministickém počítači.
Pseudonáhodná čísla (s rovnoměrným rozdělením) v intervalu [0; 1) a
[from; to):
rand(5,6)
from=10.0; to=20.0;
from + (to - from) * rand(5,6)
Pseudonáhodná celá čísla (s rovnoměrným rozdělením) v intervalu [1; m] a
[from; to]:
randi(m,5,6)
from=10; to=20;
??? + ??? * randi(?,5,6) % rozmyslete a vyzkousejte sami!
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce
Náhodná celá čísla a histogram
Vygenerujte pseudonáhodná celá čísla v intervalu [from; to] a pomocí
histogramu zjistěte jejich rozložení:
1 from=6; to=12; n=1000;
2 % vygeneruj n nahodnych celych cisel
3 c = from-1 + randi(to-from+1, 1, n)
4 % spocti histogram
5 [nn,xx] = hist(c,length(from:to))
6 % co chceme v grafu na ose x: hodnoty
7 xx % automaticke hodnoty z vypoctu histogramu, anebo:
8 xx=from:to % ekvidistantni hodnoty v celych cislech
9 clf % vymaz (clear) predchozi grafy
10 % tri ruzne grafy v jednom okne:
11 subplot(1,3,1); bar(xx,nn); ylabel(’četnost’)
12 subplot(1,3,2); stairs(xx,nn); grid
13 subplot(1,3,3); stem(xx,nn, ’LineWidth’, 4, ’MarkerSize’, 20, ’Marker’, ’o’);
14 xlim([from-1, to+1])
Programování F1400 + F1400a GNU Octave a Matlab – procedury a funkce