1 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Προγραμματισμός & MATLAB)

Transcript

1 ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΜΕ Η/Υ 1 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Προγραμματισμός & MATLAB) Ν.Δ. Λαγαρός Μ. Φραγκιαδάκης Α. Στάμος

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες Χρήσης Creative Commons. για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς. 2

3 Περιγραφή Μαθήματος Ποιοι είναι οι στόχοι; Χρήση του Ηλεκτρονικού Υπολογιστή για την επίλυση προβλημάτων Μηχανικού. Γλώσσα Προγραμματισμού: MATLAB. Γενικά παραδείγματα. Προγράμματα με ειδικές μορφές εκτύπωσης. Προβλήματα γεωμετρικά και αλγεβρικά. Αριθμητική ολοκλήρωση, ελάχιστα τετράγωνα, σειρές Fourier. Πίνακες: αντιστροφή, ιδιοτιμές, επίλυση γραμμικών συστημάτων. Εφαρμογές από τους τομείς: Δομοστατικής, Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, Μεταφορών και Συγκοινωνιακής Υποδομής, Γεωτεχνικής και Προγραμματισμού & Διαχείρισης Τεχνικών Έργων. Γραφικές απεικονίσεις. Κλπ. 3

4 Σχετικά με το Μάθημα Ασκήσεις: Στα πλαίσια του μαθήματος θα δοθούν ασκήσεις οι οποίες θα παραδίδονται σε συγκεκριμένη ημερομηνία. Εργασία Εξαμήνου: Ομάδες 2 ή 3 ατόμων θα αναλάβουν ένα θέμα μεταξύ των προτεινόμενων από τους Τομείς ή δικής τους επιλογής. Αξιολόγηση: Οι ασκήσεις και η εργασία εξαμήνου είναι προαιρετικές και θα προσμετρηθούν (μόνο θετικά) εφόσον ο βαθμός της τελικής εξέτασης είναι μεγαλύτερος ή ίσος με 4. Τρόπος Εξέτασης: Η εξέταση γίνεται σε Η/Υ. 4

5 Διδάσκοντες Νικόλαος Δ. Λαγαρός Επίκουρος Καθηγητής Εργαστήριο Στατικής & Αντισεισμικών Ερευνών τηλ: Μιχαήλ Φραγκιαδάκης Λέκτορας Εργαστήριο Αντισεισμικής Τεχνολογίας τηλ: Αθανάσιος Στάμος ΕΔΙΠ Τομέας Δομοστατικής τηλ:

6 MATLAB Τι είναι το MATLAB; MATLAB (MATrix LABoratory) Γλώσσα προγραμματισμού υψηλών επιδόσεων (high-performance language for technical computing). Υπολογισμοί, απεικόνιση, προγραμματισμός σε φιλικό περιβάλλον (an easy-to-use environment). Τυπική χρήση: Μαθηματικά και υπολογισμοί Ανάπτυξη αλγορίθμων Προσομοίωση Ανάλυση δεδομένων, απεικόνιση Γραφήματα Ανάπτυξη εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένου περιβάλλοντος χρήσης (Graphical User Interface-GUI) 6

7 Γιατί MATLAB; Αποτελεί μια καλή επιλογή για την ανάπτυξη προγραμμάτων: Εύκολο και πολύ ταχεία προτυποποίηση. Γρήγορη εκμάθηση και καλή τεκμηρίωση. Διαθέτει καλή βιβλιοθήκες λειτουργιών και επεξεργασίας εικόνας. Εξαιρετικές δυνατότητες απεικόνισης. Χρησιμοποιείται ευρέως για τη διδασκαλία και την έρευνα στα πανεπιστήμια και τη βιομηχανία! 7

8 MATLAB συστατικά μέρη MATLAB αποτελείται: Η γλώσσα MATLAB υψηλού επιπέδου γλώσσα για πίνακες με εντολές ελέγχου ροής, λειτουργίες, δομές δεδομένων, εντολές εισόδου/εξόδου και διαθέτει χαρακτηριστικά για αντικειμενοστραφή προγραμματισμό. Το περιβάλλον εργασίας του MATLAB διαθέτει σύνολο εργαλείων που βοηθούν το χρήστη ή προγραμματιστή, συμπεριλαμβανομένων των εργαλείων για την ανάπτυξη, τη διαχείριση, τον εντοπισμό σφαλμάτων. Handle Graphics το σύστημα γραφικών MATLAB. περιλαμβάνει εντολές υψηλού επιπέδου για δισδιάστατη και τρισδιάστατη οπτικοποίηση δεδομένων, επεξεργασία εικόνας, animation, γραφήματα. 8

9 MATLAB συστατικά μέρη (συν.) Η βιβλιοθήκη λειτουργιών MATLAB. τεράστια συλλογή υπολογιστικών αλγορίθμων, από στοιχειώδεις λειτουργίες όπως άθροισμα, ημίτονο, συνημίτονο, και αριθμητική μιγαδικών μέχρι πιο εξελιγμένες λειτουργίες όπως η αντίστροφη μητρώων, ιδιοτιμές μητρώων, λειτουργίες Bessel, μετασχηματισμούς Fourier, καθώς και επεξεργασίας εικόνας. Το MATLAB Application Program Interface (API) βιβλιοθήκη που σας επιτρέπει να γράψετε προγράμματα σε γλώσσες C και Fortran τα οποία αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον MATLAB. Δυνατότητα για να κληθούν ρουτίνες από το MATLAB (δυναμική σύνδεση-dynamic linking). 9

10 MATLAB: Βασικά χαρακτηριστικά Μερικά βασικά χαρακτηριστικά: Τα πάντα στο MATLAB είναι μητρωικά! MATLAB είναι μια ερμηνευμένη γλώσσα (interpreted language), δεν απαιτείται μεταγλώττιση (compilation), αλλά είναι δυνατόν. Το MATLAB δεν χρειάζεται δηλώσεις μεταβλητών, δηλώσεις διάστασης, δηλώσεις κατανομής αποθήκευσης Τα προγράμματα μπορούν να εκτελούνται βήμα προς βήμα, με πλήρη πρόσβαση σε όλες τις μεταβλητές, τις λειτουργίες κ.λ.π. 10

11 Πως είναι ο κώδικας Matlab; Ένα απλό παράδειγμα: >> a = 1 >> while length(a) < 10 a = [0 a] + [a 0] end Εκτυπώνει το τρίγωνο του Pascal:

12 Πως είναι ο κώδικας Matlab; (συν.) Ένα άλλο παράδειγμα: >> t = 0:pi/100:2*pi; >> y = sin(t); >> plot(t,y) 12

13 Πως είναι ο κώδικας Matlab; (συν.) Ένα άλλο παράδειγμα: t = 0:pi/100:2*pi; y = sin(t); plot(t,y) Θυμηθείτε: Τα πάντα στο MATLAB είναι μητρωικά! Δημιουργεί μητρώο Όρισμα και αποτέλεσμα: μητρώο

14 Μεταβλητές στο Matlab Δεν υπάρχει ανάγκη για τύπους μεταβλητών: int a; double b; float c; Όλες οι μεταβλητές που δημιουργούνται είναι διπλής ακρίβειας εκτός αν ορίζεται διαφορετικά και είναι μητρώα. Example: >>x=5; >>x1=2; Μετά από αυτές τις δηλώσεις, οι μεταβλητές είναι πίνακες 1 1 διπλής ακρίβειας. 14

15 Το περιβάλλον του Matlab Command Window Σύνταξη των εντολών Current Directory Φάκελοι και m-files Workspace Μεταβλητές Με double click στην μεταβλητή την βλέπουμε αναλυτικά στον Array Editor Command History Βλέπουμε προηγούμενες εντολές Περιβάλλον εργασίας Matlab 15

16 Χρήση του Matlab από το σπίτι Οδηγίες: 16

17 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) Τα τέσσερα βήματα για την ανάπτυξη ενός προγράμματος 1. Περιγραφή, ανάλυση και καθορισμός του προβλήματος. 2. Ανάπτυξη της λογικής του προγράμματος (αλγόριθμος) και προετοιμασία του λογικού διαγράμματος (διαγραμματική μορφή απεικόνισης μίας διαδικασίας). 3. Σύνταξη Κώδικα 4. Συγγραφή κώδικα, αποσφαλμάτωση (συντακτικά λάθη), προετοιμασία δεδομένων για δοκιμές, εκτέλεση δοκιμών, αποσφαλμάτωση (λογικά λάθη). Ολοκλήρωση της τεκμηρίωσης. 17

18 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) (συν.) 18

19 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) (συν.) 19

20 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) (συν.) 20

21 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) (συν.) Υπάρχουν 3 κύριοι τρόποι εκτέλεσης 1. Διαδοχική 2. Επιλογή 3. Επανάληψη 21

22 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) (συν.) 22

23 Λογικά Διαγράμματα (Διαγράμματα Ροής) (συν.) 23

24 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα Πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση. 24