Учебник Математические пакеты

! +3141.59265 !

! !

!3141.59 !

Рис. 1.2.4-6 Примеры использования функции mprintf

В Примере1 для вывода строки (текста) использованы символы %s. В Примере2 для вывода значения числовой переменной использован символ %f. В Примере3 создается вектор А, состоящий из четырех элементов, а затем каждый элемент вектора выводится в своем числовом формате %f. Если формат содержит знак плюс (+), число выводится со знаком плюс, если использован формат %n.mf, то число при выводе состоит из n знаков, из которых m – число знаков после запятой. Использование управляющих символов \n позволяет вывести каждый элемент вектора с новой строки.

1.2.5 Функциональные структуры – сценарий, функция и средства их создания

Уровни функциональных программных структур

Использование системы Scilab только в режиме непосредственного расчета в Командном окне явно недостаточно для решения сложных задач. Поскольку программы, реализующие сложные алгоритмы, создаются, как правило, в соответствии с принципом процедурного программирования, то очевидно необходимо иметь системные и программные средства, позволяющие создать функциональные программные структуры, и средства, обеспечивающие их хранение в текстовых и откомпилированных библиотечных файлах, их загрузку в оперативную память и выполнения.

В соответствии с концепцией разработчиков в системе Scilab имеется три уровня функциональных структур, из которых можно построить различ-

ные приложения. Это – Сценарий, Макрос и Примитив [13].

Сценарий – это фрагмент программного кода, который можно сохранить в текстовом sce-файле, а затем загрузить с помощью функции exec и выполнить сразу после загрузки.

Сценарии в Scilab предназначены для выполнения различного рода задач. Они могут осуществлять подготовку данных для предстоящих вычислений (инициализировать переменные и осуществлять их логическую проверку); выполнять вспомогательные действия (подгружать различные библиотеки и т.п.); проводить технические расчеты, а также осуществлять ввод и вывод данных расчетов в виде таблиц, инструкций и графиков.

Сценарий – это заранее определенная последовательность инструкций Scilab, практически он является подобием сессии Командного окна, и поэтому

51

все инструкции, загруженные из файла, могут быть выполнены точно так же, как если бы вы их вводили с клавиатуры в Командном окне.

В начало текста сценария рекомендуется вставлять комментарий о его функциональном назначении и комментировать все его ключевые шаги. Также рекомендуется команду clear, предназначенную для очистки содержимого окна Обозреватель данных от данных, используемых в предыдущей сессии.

Особенности сценария состоят в том, что он:

хранится в sce-файлах с уникальным именем;

не имеет входных и выходных параметров;

работает с переменными из Рабочей области (за исключением переменных, описанных во внутренних функциях этого сценария);

содержимое в процессе выполнения не компилируется;

может содержать внутренние встроенные в сценарий функции поль-

зователя;

строки нумеруются автоматически.

Встроенные в сценарий функция так же, как и сценарий, может содержать команды, операторы и другие функции (вложенные), имеет функциональное содержание, более сложную программную структуру и имеет следующие особенности:

начинается структура функции с заголовка, а именно, с ключевого слова function, а завершается ключевым словом endfunction или end;

второй строкой должен быть комментарий о ее функциональном назначении;

все ключевые шаги всегда необходимо комментировать;

может иметь входные и выходные параметры, назначение которые также необходимо комментировать;

может содержать вложенные функции;

все переменные, описанные в теле функции, являются локальными, то есть действуют только в пределах тела функции (за исключением вложенных функций);

в простейшем варианте, как описания функций, так и обращения к ним, могут быть частью сценария (функции могут быть встроенные в сценарий), который может состоять только из описания функций).

описания внутренних встроенных функций могут находиться в любых строках сценария.

Макрос – это внешняя функция, реализованная средствами языка Scilab, которую можно сохранить в текстовом sci-файле, имеющая такое же имя, что sci-файле, и, загрузив которую в оперативную, память можно выполнить по имени функции.

52

Примитив – это внешняя откомпилированная функция, которая может быть реализована средствами Scilab, C++, Фортран или любого другого языка программирования, причем вызов такой функции осуществляется через специальный шлюз Scilab. В Scilab шлюз – это функция C++ или Fortran, которая позволяет пользователю соединять интерпретатор с набором библиотечных функций, чтением входных параметров, заданных пользователем, и записью выходных аргументов, затребованных пользователем.

Далее в этом разделе будут рассмотрены правила описания простейших сценариев и встроенных в них функций, являющихся частью сценария, а также запись их в sce-файлы, загрузку их из файла в оперативную память и выполнение загруженных сценариев.

Инструментом создания и отладки сценариев и встроенных в сценарии функций является редактор SciNotes. Этот редактор является одним из основных компонентов системы Scilab, и вместе с файловой системой, обеспечивающей хранение сценариев, макросов и примитивов, а также алгоритмическими средствами, и является системой программирования Scilab.

Обратите внимание, что sce-файлы – это текстовые файлы, в которых могут храниться сценарии, созданные с помощью встроенного редактора SciNotesили любого другого текстового редактора.

Самые простые функции пользователя, встроенные в программный код Командного окна или сценарий, можно создать, используя оператор deff. Независимо от способа создания функции, следует помнить, что сначала функцию следует описать с формальными параметрами, а затем обратиться к ней с фактическими параметрам.

Следует помнить, что все входные параметры функций (фактические параметры) перед обращением к ней должны быть обязательно определены (заданы конкретные значения).

deff – Описание и вызов однострочной функции

В соответствии с синтаксисом Scilab описание функции с использованием deff должно располагаться в одной строке командного кода, поэтому назовем ее однострочной функцией. Начинается описание с ключевого слова deff и имеет следующий формат:

deff('[y1,…,yn]=ИмяФункции(x1,…,xk)','y1=Выражение1,…,yn=Выражениеn'),

где: x1,…,xk – СписокВходныхФормальныхПараметров;

y1,…,yn – СписокВыходныхФормальныхПараметров (для одного вы-

ходного параметра квадратные скобки необязательны);

53

Выражение1,…,Выражениеn – список выражений, по которым определяются выходные параметры функции.

Если описание функции не умещается в одной строке экрана, то ее можно перенести, используя символы переноса – три точка (…).

Параметры передаются системе в виде строк, которые затем разбиваются на лексемы и из которых Scilab строит однострочную функцию.

При описании функции deff в выражениях для вычисления выходных параметров могут использоваться не только входные параметры функции, но и выходные параметры, вычисленные в предыдущих выражениях этой функции, а также переменные, определенные в Командном окне.

Обращение к функции, описанной с помощью deff, производиться из программного кода:

[z1,…,zn] = ИмяФункции(p1,…,pk) [z1,…,zn] = ИмяФункции(p1,…,pk);,

где: p1,…,pk – СписокВходныхФактическихПараметров функции; z1,…,zn – СписокВыходныхФактическихПараметров (для одного

выходного параметра квадратные скобки необязательны).

В первом случае на экран выводятся значения всех выходных параметров (причем вывод начинается с последнего), а во втором – вывод значений параметров гасится точкой с запятой, но в переменных z1,…,zn сохраняются все вычисленные значения выходных параметров.

Если вызов функции осуществляется без указания имен выходных параметров (ИмяФункции(p1,…,pk)), то результат отображается в переменной ans, значение которой равно значению последнего выходного параметра. Именно поэтому такое обращение к функции рекомендуется применять к функции только с одним выходным параметром. Обращение по имени функции можно использовать не только при выводе результата, но в записи арифметических выражений внутри его описания (рис.1.2.5.1).

--> // Использование deff для описания функции --> // с одним выходным параметром

-->

--> deff('y = f1(x1, x2)','y = sin(x1) + a * x2'); -->

--> a = 2; //Определение переменной a, используемой в выражении функции --> r = f1(2, 3)//Обращение к функции f1

r = 6.9092974

-->

54

Описание функции с помощью deff используется, как правило, если функция имеет один или два выходных параметра, а выражения для их вычислений достаточно короткие. В противном случае описание функции либо полностью не видно в Командном окне, либо строка должна быть перенесена с использованием символов три точки (…), что затрудняет чтение и контроль за правильностью ввода. Громоздкие выражения принято вычислять по частям, но тогда для вычисления значения одного выходного параметра требуется не один, а несколько операторов, что не соответствует формату описания функции с помощью deff. Описание функции с помощью function в данном случае предпочтительнее, поскольку оно может занимать несколько строк.

Наряду с рассмотренными выше способами создания внутренних встра-

иваемых функций пользователя в Командном окне, в Scilab имеется возмож-

ность создания функций с использованием текстового редактора SciNotes, который позволяет сохранить содержимое его окна в виде sce-файла. В этом случае сохраненный файл можно многократно подключать и использовать в других сеансах работы.

55

Прежде чем перейти к правилам описания и вызова сценариев, а также записи их в sce-файлы, рассмотрим элементы редактора SciNotes и их использование при создании и выполнении сценариев.

Средства Редактора SciNotes

Для работы с редактором его необходимо открыть (активировать). Это

можно сделать элементом SciNotesинструментальной панели Scilab, в результате чего открывается окно редактора SciNotes (рис. 1.2.5-2).

Рис. 1.2.5-2 Окно редактора SciNotes для создания сценария

Меню редактора SciNotes содержит следующие элементы:

Файл – включает команды, которые позволяют создавать новый документ, открывать существующий или последний сохраненный документ, и другие.

Правка – включает команды, которые позволяют работать с текстом в окне редактора: отменить действие, повторить, вырезать, копировать, вставить и другие.

Формат – включает команды, которые позволяют осуществить форматирование документа: сделать или удалить отступ, удалить пробелы в конце строки, сменить регистр, добавить или удалить комментарий, заменить одинарные кавычки на двойные.

Настройка – включает команды, которые позволяют выполнить текущую кодировку файла, настройку шрифтов и цвета.

Окно – включает инструменты копирования или отделения вкладки в новое окно, включение или отключение разделителя на две колонки и другое.

Выполнить – включает команды, которые позволяют выполнить созданный файл и сохранить в текущем каталоге, а также выполнять выделенную часть файла.

Справка – о редакторе SciNotes.

56

Элементы панели инструментов дублируют часто используемые команды меню SciNotes, и позволяют, например, открывать, сохранять, редактировать, запускать и осуществлять отладку созданного документа и многое другое.

Для редактирования содержимого ранее созданного и записанного в sce- файл сценария и, необходимо открыть этот файл либо выполнив команду Открыть элемента меню Файл, либо щелкнув мышкой на соответствующий элемент панели инструментов , либо двойным щелчком мышки на Имя файла в окне Обозреватель файлов. При использовании команды Открыть открывается окно Open (рис.1.2.5-3), в строке Filename которого необходимо ввести имя открываемого файла и щелкнуть по кнопке Open (или вызвать его двойным щелчком в поле текущей директории).

Рис. 1.2.5-3 Окно Open (Открыть)

Запись созданного сценария в sce-файл осуществляется либо командой Сохранить как…элемента меню Файл, либо выбором соответствующего элемента панели инструментов . В открывшемся одноименном окне требуется выбрать путь сохранения программного кода и ввести его имя, а затем щелкнуть по кнопке Save (рис. 1.2.5-4). Следует помнить, что по умолчанию все файлы записываются с расширение *.sce.

Рис. 1.2.5-4 Окно Сохранить как…

57

Для сохранения программного кода после его редактирования необходимо выполнить команду Сохранить элемента меню Файл или щелкнуть по соответствующему элементу панели инструментов .

Отметим, что одновременно в редакторе могут быть загружено несколько сценариев, что отражается на вкладках, расположенных в строке над полем ввода текста, где перечислены имена загруженных и создаваемых сценариев. Переход между вкладками с соответствующим отображением программного кода в окне Редактора можно произвести щелчком по вкладке с именем нужного сценария.

Следует помнить, что в первых строках любого создаваемого sce-сценария, нужно вводить комментарии о назначении программного кода.

Создание, сохранение и выполнение сценариев

Для создания нового сценария достаточно открыть SciNotes и ввести в

команды, например, необходимые для построения простейшего графика

(рис. 1.2.5-5.).

Рис. 1.2.5-5 Сценарий РИС1524, содержащий команды для построения графика

Для сохранения только что созданного сценария следует щелкнуть по элементу инструментальной панели Редактора Сохранить как…, затем в соответствующей строке окна Сохранить ввести имя файла с расширением*.sce, и щелкнуть по кнопке Save. Имя файла появится в окне текущего каталога, а в строке активных файлов вместо имени Безымянный1, появится введенное имя. Например, на рис. 1.2.5-5 показан сценарий РИС1525, созданный в редак-

торе SciNotes.

58

Загрузка и запуск сценария, сохраненного в sce-файле, осуществляется из Командного окна по его имени с указанием пути к этому файлу. Желательно предварительно в окне Обозреватель файлов установить путь к папке, где находится сохраненный sce-файл с соответствующим сценарием, то есть сделать эту папку текущей.

Загрузка содержимого sce-файла в оперативную память компьютера осуществляется командой exec, которая может иметь следующие форматы:

exec('Путь доступа к файлу\ИмяФайла.sce', РежимОтображения); exec('ИмяФайла.sce', РежимОтображения);

В первом формате указывается полный путь к загружаемому sce-файлу. Этот формат используется, если папка, где находится загружаемый сценарий, не является текущей. Во втором случае указывается только имя файла, при условии, что папка, где находится загружаемый сценарий, является текущей.

Второй парамер функции exec – РежимОтображения является необязательным, и может принимать значения 0, 1, -1, 2, 3, 4. Если он равен 0 или 1, то результаты работы инструкций Scilab выводятся в Командном окне, а если он равен -1, то в Командное окно ничего не выводится. Этот параметр позволяет управлять отображением информации в Командном окне в ходе выполнения инструкций Scilab. Вывод строк сценария в Командное окно и результаты работы инструкций Scilab можно также включать и отключать с помощью встроенной функции Scilab mode.

Следует обратить внимание, что при отсутствии параметра РежимОтображения команда execможет заканчиваться символом точка с запятой. Если этот символ отсутствует, то строки программного кода, выполняемого сценария, выводится в Командное окно, а наличие точки с запятой гасит вывод кода сценария.

Следует помнить, что если выполнение сценария требует задания начальных значений для используемых переменных, то это необходимо сделать перед запуском файла сценария на выполнение.

Чтобы выполнить сценарий – РИС1524.sce, который предназначен для построения графика, следует предварительно загрузить файл с именем

РИС1524.sce(рис. 1.2.5-6).

--> // Подключение и выполнение сценария РИС15206.sce

-->

--> clear

--> exec ('РИС15206.sce', 0);

59

Рис. 1.2.5-6 Результат выполнения сценария с именем РИС1524.sce

Сценарии и встроенные функции

Общая структура сценария со встроенными в него внутренними функциями может быть следующей:

//Комментарий, описывающий назначение сценария

...

ТелоСценария

...

Описание встроенных внутренних функций

...

//конец сценария

В отличие от сценариев, функции являются типичными объектами языка программирования высокого уровня, и имеют свою определенную структуру.

Общая структура описания внутренних встроенных функции с n входными и k выходными параметрами имеет следующий формат:

function [y1,…,yk] = ИмяФункции(x1,…,xn)

// Комментарии, описывающие назначение функции и ее параметров

...

ТелоФункции

...

y1 = Выражение1;

...

yk = Выражениеk;

...

endfunction

60