Computação e Programação

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1 Computação e Programação MEMec, LEAN - 1º Semestre Aula Teórica 6 Estruturas de Repetição (FOR, WHILE) A instrução break Pré-alocação de variáveis D.E.M. Área Científica de Controlo Automação e Informática Industrial Wrap Up da última aula Expressão relacional É uma expressão que analisa a relação entre duas ou mais entidades, resolvo-se num valor verdadeiro ou falso Para que serve? Pode ser ela própria a tarefa de computação Mais frequentemente utiliza-se numa estrutura de selecção para decidir qual das sequências de código executar 2 1

2 Wrap Up da última aula Quais as estruturas de selecção do MATLAB? if (possivelmente complementada com else, ou elseif), avalia qualquer condição lógica switch avalia uma expressão contra um conjunto de casos possíveis Quando se utiliza uma e outra? ifquando: se avalia um intervalo de valores a selecção depe de várias expressões lógicas distintas switch quando: Os casos a avaliar são enumeráveis e não podem ser expressos na forma de um intervalo 3 Implementação de Algoritmos em MATLAB Sequenciação Selecção Repetição Módulos Ficheiros script Estruturas: if if else if elseif switch case Estruturas: for while Funções definidas pelo programador 4 2

3 Alinhamento da AT 6 Estruturas de Repetição Estrutura FOR Ciclos FOR encadeados Estrutura WHILE A instrução break Pré-alocação de variáveis Estrutura for Descrição: Repete um bloco de instruções um número específico de vezes Sintaxe: for var_ctrl = expressão sequência No MATLAB expressão pode ser qualquer vector, matriz ou escalar. A forma mais comum (também a outras linguagens de programação) é definir a expressão como um intervalo limite_inicial : passo : limite_final 6 3

4 Estrutura for (utilização comum) A variável de controlo começa por tomar o valor inicial var_ctrl = limite_inicial E por cada execução do ciclo vai so incrementada do passo var_ctrl = var_ctrl + passo O ciclo termina quando var_ctrl estiver fora do intervalo var_ctrl [limite_inicial, limite_final] Tudo isto é feito de forma automática 7 Estrutura for >> for i = 1:4 fprintf('%d\n', i); >> for i = 10:5:28 fprintf('%d\n', i); >> for i = 100:-20:40 fprintf('%d\n', i); >> x = [ ]; >> for i = 1:length(x) fprintf('%d\n', x(i)); Percorrer vectores 8 4

5 Percorrer vectores >> x = [ ]; >> for i = 1:length(x) y(i) = x(i)^2 + 2; >> y y = ª passagem pelo ciclo y(1) = x(1)^2 + 2; 2ª passagem pelo ciclo y(2) = x(2)^2 + 2; 3ª passagem pelo ciclo y(3) = x(3)^2 + 2; 4ª passagem pelo ciclo y(4) = x(4)^2 + 2; 5ª passagem pelo ciclo y(5) = x(5)^2 + 2; 9 Percorrer vectores (ordem contrária) >> x = [ ]; >> for i = length(x):-1:1 y(i) = x(i)^2 + 2; >> y y = Não faz o que se prete 1ª passagem pelo ciclo y(5) = x(5)^2 + 2; 2ª passagem pelo ciclo y(4) = x(4)^2 + 2; 3ª passagem pelo ciclo y(3) = x(3)^2 + 2; 4ª passagem pelo ciclo y(2) = x(2)^2 + 2; 5ª passagem pelo ciclo y(1) = x(1)^2 + 2; 10 5

6 Percorrer vectores (ordem contrária) >> x = [ ]; >> comp = length(x); >> for i = 1:comp y(i) = x(comp-i+1)^2+2; >> y y = Foi necessário trocar os índices! 1ª passagem pelo ciclo y(1) = x(5)^2 + 2; 2ª passagem pelo ciclo y(2) = x(4)^2 + 2; 3ª passagem pelo ciclo y(3) = x(3)^2 + 2; 4ª passagem pelo ciclo y(4) = x(2)^2 + 2; 5ª passagem pelo ciclo y(5) = x(1)^2 + 2; 11 Exemplo: soma elementos* Entradas: x vector n número de elementos a somar (inteiro) Saídas: Algoritmo: * Está implementado na forma de script. Para uma implementação mais útil ver a aula de funções apresenta resultado na variável somatorio 1. Obter do utilizador o vector x 2. Obter do utilizador o valor n 3. Inicializar somatorio = 0 4. Repetir para ientre 1 e n com passo unitário a) Acrescentar o valor de x(i)ao valor dosomatorio 5. Apresentar valor de somatorio 12 6

7 Exemplo: soma elementos* >> soma Introduza o vector: [ ] Introduza n: 3 A soma é: 6.00 >> soma Introduza o vector: [ ] Introduza n: 4 A soma é: Exemplo: factorial* Entradas: n valor cujo factorial se prentede calcular (inteiro) Saídas: apresenta resultado na variável factorial_n Algoritmo: 1. Obter do utilizador o valor n 2. Inicializar factorial_n = 1 3. Repetir para kentre 1 e ncom passo unitário a) factorial_n = factorial_n k 4. Apresentar valor de factorial_n * Está implementado na forma de script. Para uma implementação mais útil ver a aula de funções 14 7

8 Exemplo: factorial* >> fact Introduza n: 4 O valor do factorial é: Exemplo: encontra mínimo* Entradas: obter do utilizador o vector x Saídas: apresenta o valor mínimo dos elementos de x Algoritmo: * Está implementado na forma de script. Para uma implementação mais útil ver a aula de funções. 1. Obter do utilizador o vector x 2. Inicializarminimo com o valor de x(1) 3. Repetir para ientre 2 e o comprimento de x com passo unitário a) Sex(i) < minimo i. minimo =x(i) 4. Apresentar valor de minimo 16 8

9 Exemplo: encontra mínimo* >> encontra_minimo Introduza o vector: [ ] O valor mínimo em x é: >> encontra_minimo Introduza o vector: [ ] O valor mínimo em x é: As funções sum e factorial No MATLAB as funções sume factorialestão pré-definidas não so necessário programá-las com ciclos >> sum([ ]) ans = 15 >> x = [ ]; >> sum(x(1:3)) % soma dos primeiros 3 elementos de x ans = 6 >> factorial(4) ans =

10 Exemplo: soma elementos* >> soma Introduza o vector: [1 2 3] Introduza n: 5??? Attempted to access x(4); index out of bounds because numel(x)=3. Error in ==> soma at 10 >> somatorio = somatorio + x(i); É preciso verificar nantes de somar os elementos 19 Exemplo: soma elementos mais robusto Algoritmo: 1. Obter do utilizador o vector x 2. Obter do utilizador o valor n 3. Sen < 1 oun > comprimento dex a) Apresentar mensagem de erro Caso contrário a) Inicializar somatorio = 0 b) Repetir para ientre 1 e n com passo unitário i. Acrescentar o valor de x(i)ao valor dosomatorio c) Apresentar valor de somatorio 20 10

11 Exemplo: soma elementos mais robusto >> soma Introduza o vector: [1 2 3] Introduza n: 5 O valor de 'n' não é válido! >> 21 Alinhamento da AT 8 Estruturas de Repetição Estrutura FOR Ciclos FOR encadeados Estrutura WHILE A instrução break Pré-alocação de variáveis 11

12 Ciclos for encadeados A sequência de instruções dentro de um ciclo forpode conter outro ciclo for(e outro dentro deste, e outro, etc.) Quando tal acontece, fala-se em ciclos for encadeados for var_ctrl_1 = expressão_1 sequência_1 for var_ctrl_2 = expressão_2 sequência_2 sequência_3 23 Ciclos for encadeados Os ciclos for encadeados são muitas vezes utilizados para aceder a estruturas de dados com mais de que uma dimensão, como por exemplo matrizes. Exemplo de como percorrer por linha >> mat = [ ]; >> [linhas, colunas] = size(mat); >> for k = 1:linhas for j = 1:colunas fprintf('%.2f ', mat(k,j)); (1,1) (1,2) (1,3) (2,1) (2,2) (2,3) (3,1) (3,2) (3,3) 24 12

13 Exemplo: tabela multiplicativa Entradas: Saídas: apresenta tabela multiplicativa dos valores de 1 a 10 Algoritmo: 1. Repetir para ientre 1 e 10 com passo unitário a) Repetir para jentre 1 e 10com passo unitário i. Apresentar resultado de i jseguido de espaço b) Mudar de linha 25 Ciclos for encadeados Depois de percorrer todos os jmuda de linha >> tabuada

14 Alinhamento da AT 8 Estruturas de Repetição Estrutura FOR Ciclos FOR encadeados Estrutura WHILE A instrução break Pré-alocação de variáveis Estrutura while Descrição: Repete um bloco de instruções um número indefinido de vezes, enquanto uma dada expressão for verdadeira Sintaxe: while expressão sequência ATENÇÃO: A sequênciadeve permitir a modificação da expressãopara o valor falso, caso contrário o ciclo nunca termina denominando-se CICLO INFINITO Nesse caso o utilizador perde o controlo da execução do programa 28 14

15 Estrutura while >> condicao = true; >> ciclos = 0; >> while condicao ciclos = ciclos + 1; fprintf('este é o %dº ciclo!\n', ciclos); Este é o 1º ciclo! Este é o 2º ciclo! Este é o 3º ciclo!... Este é o 30000º ciclo!... Este é o º ciclo! Em caso de ciclo infinito, ou qualquer outro problema na execução do MATLAB pressionar Ctrl+C 29 Estrutura while >> condicao = true; >> ciclos = 0; >> while condicao ciclos = ciclos + 1; fprintf('este é o %dº ciclo!\n', ciclos); condicao = input('deseja repetir (true/false)? '); Este é o 1º ciclo! Deseja repetir? true Este é o 2º ciclo! Deseja repetir? false >> A condição de repetição deve poder mudar de valor dentro do ciclo 30 15

16 Exemplo: soma parcelas Entradas: x parcela Saídas: apresenta resultado na variável soma Algoritmo: 1. Inicializar condicao = verdadeiro e soma= 0 2. Repetir enquanto condicao = verdadeiro a) Obter valor para x b) Sex = 0 A. condicao = falso B. Apresentar soma Caso contrário A. soma =soma +x B. Apresentar soma(parcial) 31 Exemplo soma parcelas >> soma_while Calcula uma soma. Introduza 0 para terminar Introduza um valor: 0.5 A soma já vai em Introduza um valor: 1.4 A soma já vai em Introduza um valor: -0.2 A soma já vai em Introduza um valor: 0 O resultado é >> 32 16

17 Exemplo verificação de entrada >> garante_inteiro Introduza um inteiro positivo: 2.2 Invalido! Introduza um inteiro positivo: -1 Invalido! Introduza um inteiro positivo: 5 Obrigado, o valor introduzido foi: 5 33 Alinhamento da AT 8 Estruturas de Repetição Estrutura FOR Ciclos FOR encadeados Estrutura WHILE A instrução break Pré-alocação de variáveis 17

18 Instrução break Descrição: Interrompe imediatamente o ciclo a que pertence (o mais interior). Não está definida fora de um ciclo. Exemplo de utilização típica: while true sequência_1 if condição break; sequencia_2 Ao não colocar a condição no início do ciclo permite que a sequência_1seja sempre executada pelo menos 1 vez 35 Exemplo: soma parcelas com break Entradas: x parcela Saídas: apresenta resultado na variável soma Algoritmo: 1. Inicializar soma= 0 2. Repetir indefinidamente a) Obter valor para x b) Sex = 0 i. Apresentar soma ii. Terminar repetição (2.) c) soma =soma +x d) Apresentar soma(resultado parcial) 36 18

19 Exemplo soma parcelas com break Faz exactamenteo mesmo que o exemplo soma parcelas sem break As condições de fim de um ciclo devem ser facilmente legíveis, logo: Não é boa prática usar várias condições espalhadas pelo ciclo! Não é boa prática usar break em ciclos FOR! 37 Alinhamento da AT 8 Estruturas de Repetição Estrutura FOR Ciclos FOR encadeados Estrutura WHILE A instrução break Pré-alocação de variáveis 19

20 A pré-alocação de um array Os ciclos criam a possibilidade de um vector ou matriz se expandirem sucessivamente durante a execução Devido à maneira como o MATLAB realiza a gestão de memória esta forma é ineficaz. O próprio editor de código gera umwarningquando detecta uma situação destas 39 A pré-alocação de um array Outra forma de expansão é a concatenação dentro de um ciclo Concatenação 40 20

21 A pré-alocação de um array Pré-alocação de memória >> tic, exp_iterado, toc Elapsed time is seconds. >> tic, exp_iterado, toc Elapsed time is seconds. 41 A pré-alocação de um array Outra forma de Pré-alocação >> tic, exp_concate, toc Elapsed time is seconds. >> tic, exp_concate, toc Elapsed time is seconds

22 Boas práticas de Programação Utilize ciclos forpara repetições controladas por contador, e ciclos whilepara repetições controladas por uma condição (isto implica não utilizar break para terminar um ciclo for) Faça pré-alocação de memória: defina vectores e matrizes já com o seu número de elementos final, sempre que este número seja previsível. Evite sempre que possível acrescentar novos elementos dentro dos ciclos. Se um ciclo servir para introdução ou leitura de dados, guarde os dados num vector apenas se houver necessidadede voltar a aceder novamente aos valores individuais 43 Referências Capítulo 4 de Stormy Attaway (2012), Matlab: A Practical Introduction to Programming and Problem Solving, Elsevier. As aulas teóricas contêm contribuições dos profs. José Borges e Miguel Silva 44 22