I-3 Introdução ao Matlab

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1 I-3 Introdução ao Matlab Comunicações

2 Sumário 1. Matlab MATrix LABoratory 2. Formas de utilização a) A janela de comandos b) Scripts c) Funções 3. Sintaxe, variáveis, matrizes e vetores 4. Operações comuns a) Definição de sinais b) Desenho de gráficos c) Operações sobre sinais 5. Controlo de fluxo: if, for, while 6. Funções úteis 7. Desenvolvimento de GUI 8. Links 9. Exercícios

3 1. Matlab MATLAB - MATrix LABoratory Ambiente de execução Linguagem de programação específica Sistema interativo para a execução de cálculos científicos e de engenharia Suportado por software baseado em cálculo matricial Facilidade de realização de operações matriciais Facilidade de visualização de dados Desenvolvido pela empresa MathWorks

4 1. Matlab Exemplos de dados na forma matricial: Vetor linha x=[ ]; Vetor coluna y=[ ] ; Matriz A=[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]; Cálculo da matriz inversa: inv(a) Cálculo do determinante de A: det(a) Soma de elementos: sum(x) e sum(y), soma de todos os elementos de x e y sum(a), soma das colunas de A sum(sum(a)), soma de todos os elementos de A

5 1. Matlab Facilidade de desenho Gráficos elaborados com pouco código k = 5; n = 2^k-1; [x,y,z] = sphere(n); c = hadamard(2^k); surf(x,y,z,c); colormap([1 1 0; 0 1 1]) axis equal

6 1. Matlab Facilidade de desenho

7 1. Matlab Facilidade de desenho

8 1. Matlab Processamento de imagem monocromática

9 1. Matlab Processamento de imagem a cores

10 1. Matlab Ambiente de desenvolvimento Editor e Debugger Current Directory Workspace Command History Command Window

11 1. Matlab Ambiente de desenvolvimento Editor e Debugger Breakpoint

12 1. Matlab Ambiente de desenvolvimento: execução e debug Visualização Gráfica Breakpoint Ativo Análise Numérica

13 2. Formas de Utilização Existem três formas distintas de executar código: a) Escrita direta na janela de comandos (à semelhança da command prompt) b) Scripts - conjunto de comandos em sequência, num ficheiro de texto c) Funções - conjunto de comandos em sequência, num ficheiro de texto, com semântica de parâmetros de entrada, parâmetros de saída e stack

14 2. A Janela de Comandos Utilização da consola para executar operações

15 2. A Janela de Comandos Declaração do vetor v Cálculo da soma e da média dos elementos do vetor v

16 Sempre que seja necessário executar vários comandos em sequência é conveniente usar um script Um script consiste num ficheiro texto de extensão.m, com comandos Criar um ficheiro script <nomefich>.m 2. Chamada a scripts Exemplo da criação do script com.m: >> edit com.m

17 2. Chamada a scripts Ao executar o script as linhas de código são interpretadas sucessivamente Equivalente a serem executadas em sequência na janela de comandos Deverá ser utilizado para pequenos testes Não existe a noção de listas de parâmetros de entrada nem de saída Todas as variáveis permanecem em memória, após a execução do script

18 2. Chamada a funções O nome da função deve coincidir com o do ficheiro.m, no qual se insere Declaração da função Resultado obtido Chamada à função com parâmetros de entrada e de saída

19 2. Chamada a funções Declaração da função function_b.m com: um parâmetro de entrada seis parâmetros de saída O parâmetro de entrada é obrigatório Os parâmetros de saída são opcionais Várias formas de invocação da função

20 2. Chamada a funções Sintaxe de declaração com lista de parâmetros de entrada e de saída O nome da função deve coincidir com o nome do ficheiro de texto (extensão.m), no qual se encontra declarada Syntax function [out1, out2,...] = funname(in1, in2,...) Description function [out1, out2,...] = funname(in1, in2,...) defines function funname that accepts inputs in1, in2, etc. and returns outputs out1, out2, etc.

21 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Não existe necessidade de declarar o tipo das variáveis. Por omissão: double (64 bits) Declaração e afetação feita simultaneamente, através do operador = Seguem-se alguns exemplos: >> 2+3 ans = 5 >> a= a = 5 >> b=pi b =

22 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Definição de um vetor: >> A=[1 2 3] A = Definição de uma matriz: >> A=[1 2 3; 4 5 6] A = Obter as dimensões de uma variável: >> size(a) ans = 2 3 >> length(a) ans = 3 Nota: Operador ; permite definir várias linhas

23 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Operador :, sintaxe: valorinicial : incremento : valorfinal Por omissão o incremento é 1 Exemplos: >> d=1:4 d = >> d=1:2:4 d = 1 3 >> d = 10 : -3 : -5 d =

24 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Operador, sintaxe: Exemplos: >> d=1:4 d = >> e=d e = >> size(d) ans = 1 4 >> size(e) ans = 4 1

25 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores A indexação dos vetores e matrizes começa em 1 É realizada recorrendo a parênteses curvos Exemplos: >> d=1:4 d = >> d(1) ans = 1 >> A=[1 2 3; 4 5 6] A = >> A(1,3) ans = 3

26 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Pode ser usada para seleção ou afetação de mais que um valor simultaneamente, usando o operador : >> A=[1 2 3; 4 5 6] A = >> A(:,1) ans = 1 4 >> A(2,:) ans = >> A(2,1:2) ans = 4 5 >> A(2,:)=0 A =

27 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Inserção (concatenação) e remoção de linhas/colunas >> A(3,:)=[7 8 9] A = >> A(:,3)=[] A = Indexação Linear (column-wise) >> X=[1 2] X = 1 2 >> A=[A; X] A = >> A=[1 2 3; 4 5 6] A = >> A(1) ans = 1 >> A(4) ans = 5

28 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Funções zeros e ones >> A=zeros(3) A = >> ones(1,3) ans = Sintaxe: zeros(nlinhas, ncolunas) ou zeros(num)

29 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Operações aritméticas na janela de Help

30 3. Sintaxe, Variáveis, Matrizes e Vetores Operações algébricas ou matriciais (+ - * / ^) >> v=1:3 v = >> v*v ans = 14 >> v'*v ans = Operações elemento a elemento (ponto a ponto).* produto ponto a ponto entre vetores/matrizes da mesma dimensão./ divisão ponto a ponto entre vetores/matrizes da mesma dimensão

31 4. Operações comuns Cálculo de energia do sinal x[n] (representado através de vetor linha) >> sum( x.^2 ) >> sum( x.* x ) >> x * x Cálculo do valor médio do sinal x[n] (representado através de vetor linha) >> mean( x ) >> sum( x ) / length(x)

32 5. Controlo de fluxo: if, for, while Decisão binária, If if expression, statements, end if expression1 statements1 elseif expression2 statements2 else statements3 end

33 5. Controlo de fluxo: if, for, while Ciclo for for x=initval:endval, statements, end for x=initval:stepval:endval, statements, end for variable = initval:endval statement... statement end

34 5. Controlo de fluxo: if, for, while Ciclo while while expression, statements, end Exemplo: eps = 1; while (1+eps) > 1 eps = eps/2; end eps = eps*2

35 5. Controlo de fluxo: if, for, while Exemplos: ciclos for decisão binária

36 6. Funções/Comandos Úteis conv Calcula a convolução linear entre dois sinais fft e fftshift Calcula o espetro de um sinal. figure Cria uma nova figura. filter Realiza a filtragem de um sinal por um determinado sistema. hist Desenha o histograma dos dados presentes num vetor. length Calcula a dimensão de um vetor. max Calcula o valor máximo de um vetor. mean Calcula o valor médio de um vetor. min Calcula o valor mínimo de um vetor. plot Desenha vetores unindo os pontos, tornado o sinal aparentemente contínuo. rand, randn e randint Gera matriz com valores aleatórios ones Cria uma matriz com todos os elementos iniciados a 1. size Obtém as dimensões de uma matriz. sound ou soundsc Reproduzem para a card audio, o conteúdo de um vetor. stem Desenha vetores, mostrando as amostras individualmente. subplot Define vários gráficos dentro da mesma figura. sum Soma todos os elementos de um vetor.

37 6. Funções/Comandos Úteis wavplay, audioplayer wavread, audioread wavrecord, audiorecorder wavwrite, audiowrite zeros Reproduz para a card audio, o conteúdo de um vetor. Lê o conteúdo de um ficheiro wave para um vetor. Adquire um sinal a partir da card audio. Escreve para ficheiro wave, o conteúdo de um vetor. Cria uma matriz com todos os elementos iniciados a zero. xlabel ylabel title legend Coloca a label eixo xx, num gráfico Coloca a label eixo yy, num gráfico Coloca título no gráfico Define a legenda para o gráfico clc clear clear x close all grid on Apaga o conteúdo da janela de comandos. Remove todas as variáveis em memória. Remove a variável x de memória. Fecha todas as janelas de figuras. Coloca uma grelha sobre o eixo gráfico. fopen, fclose, fread, fwrite, fgets, fprintf,... Funções de manuseamento de ficheiros

38 8. Desenvolvimento de GUI GUI Graphical User Interface Edição da janela Propriedades e ações dos elementos

39 8. Desenvolvimento de GUI Edição Execução

40 8. Desenvolvimento de GUI Ações do GUI: desenho de sinal sinusoidal

41 8. Links Mathworks, empresa que desenvolve e comercializa o MATLAB, MatlabCentral, troca de informação, código e resolução de problemas em MATLAB

42 9. Exercícios Exercícios sugeridos (de enunciados de testes de semestres anteriores): Exercício #2 do 1.º teste parcial, verão 2014/2015, 4 de maio de 2015 Exercício #2 do 1.º teste (época normal), verão 2014/2015, 9 de julho de 2015 Exercício #2 do 1.º teste parcial, inverno 2014/2015, 26 de novembro de 2014 Exercício #3 do 1.º teste parcial, verão 2013/2014, 19 de abril de 2014 Exercício #3 do 1.º teste parcial, inverno 2013/2014, 13 de novembro de 2013