Introducci髇 informal a Matlab y Octave - MATLAB (III)

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05 de Noviembre de 2006

Encriptaci髇

2.8 Sentencias

Como se ha dicho antes, las estructuras esenciales del lenguaje son los contadores y los condicionales. Más comúnmente conocidas como las sentencias do y las sentencias if. Estas estructuras son comunes con el resto de lenguajes de programación y de scripting existentes. La primera es un bucle contador que permite ejecutar varias tareas idénticas secuencialmente con la variación de diversos índices; se pueden encapsular con otros contadores y con otras sentencias. La segunda permite incluir variaciones en la ejecución del código según el cumplimiento de ciertas condiciones lógicas.

Estos no son las únicas estructuras de programación, son las más básicas. A partir de ellas se derivan sentencias más útiles y más específicas como veremos a continuación.

2.8.1 La sentencia `if`

Tenemos tres formas de condicional. La más simple es:

if (condición)
   cuerpo
 endif

Por ejemplo:

>> esto=1;
 >> if esto
 ... disp('es esto');
 ... end
 es esto

Muchas veces se verá que en vez de usar, endif o endfor se usará simplemente end. Debemos darnos cuenta que cuando tenemos muchos contadores y condicionales encapsulados es muy importante saber dónde termina cada una de las sentencias. Usar endfor y endif, numerar o usar el tabulado de modo inteligente nos pueden ahorrar muchos quebraderos de cabeza. En esta construcción sólo tenemos una condición lógica, que en el caso de no cumplirse se ignorará la sentencia entera:

>> esto=0;
 >> if esto
 ... disp('es esto');
 ... end

Si queremos que la sentencia no se ignore, y que si la condición no se cumple impongamos un cuerpo distinto podemos usar la estructura:

if (condición)   
   cuerpo 1   
 else    
   cuerpo 2   
 endif

Ejemplo:

>> esto=1;
 >> if esto
 ...   disp('es esto');
 ... else
 ...   disp('es lo otro');
 ... end
 es esto

En la que se ve perfectamente que si no se cumple la condición 1 inmediatamente se ejecuta el cuerpo2. Si tenemos más de una condición lógica sobre una misma variable podemos usar una condicional múltiple de la siguiente forma:

if (condición 1)   
   cuerpo 1   
 elseif (condición 2)   
   cuerpo 2   
 ...   
 elseif (condición n)   
   cuerpo n   
 else   
   cuerpo N   
 endif

¹⁶ Debe recalcarse que la condición debe ser sobre la misma variable para cerrar la lógica del condicional. En el caso que tengamos condiciones lógicas sobre más de una variable podemos encapsular los if sin ningún problema:

if (condición a)   
   if (condición b)   
     cuerpo a+b   
   else   
     cuerpo a+bN   
   endif   
 else   
   cuerpo aN   
 endif

Es importante que evitemos estructuras lógicas muy complejas, porque son difíciles de entender y de depurar; aún cuando las ha escrito uno mismo. Se verán ejemplos de estas estructuras en la sección de ejercicios.

2.8.2 La sentencia `switch`.

Lo forma general del comando es:

switch (variable_switch)
   case (posible_valor_variable_switch)
     comandos
   case (posible_valor_variable_switch)
 ...
   otherwise
     comandos adicionales
 endswitch

Esta sentencia es la misma que case en Fortran y switch en C. Un ejemplo de su uso sería:

>> a = 'dos'
 >> switch (a)
 case ('uno')
 disp('has escogido el numero 1')
 case ('dos')
 disp('has escogido el numero 2')
 otherwise
 disp('no se que numero has escogido')
 endswitch
 has escogido el numero 2

2.8.3 La sentencia `for`

Así es como se denomina el contador o sentencia do en Matlab. Su estructura es:

for [variable contador]=[secuencia del contador]
   cuerpo [dependiente o no de la variable contador]
 endfor

Es decir, para una determinada variable, que avanza de 1 en 1 desde el límite inferior hasta el límite superior ejecutamos el cuerpo. El cuerpo puede depender o no de la variable contador, ésta puede ser un contador a parte, que simplemente nos imponga que una determinada sentencia se ejecute un número fijo de veces. La mayoría de las veces nuestro cuerpo dependerá de la variable que usemos como contador, es decir, será un índice de nuestro cuerpo.

Notemos que lo que utilizamos para contar una secuencia, como en el caso de las submatrices. Lo que hará el índice contador será tomar sucesivamente todos los valores que tengamos en la secuencia. Por ejemplo, si pedimos que una variable haga un bucle de ese tipo:

for i=1:2:10

dentro del bucle la variable i tomará los valores que salen por pantalla en el caso que llamemos la secuencia:

>> 1:2:10
 ans = 1   3   5   7   9

Por ejemplo:

>> for i=5:5:25
 ... disp(i),disp('es multiple de 5')
 ... end
 5
 es multiple de 5
 10
 es multiple de 5
 15
 es multiple de 5
 20
 es multiple de 5
 25
 es multiple de 5

Los bucles con contador también se pueden encapsular, y éste encapsulado es esencial cuando trabajemos con matrices de rango mayor que 1. Por ejemplo, si queremos asignar una operación compleja a una matriz de rango 3 debemos encapsular 3 contadores:

for i=1:IMAX   
   for j=1:JMAX   
     for k=1:KMAX   
       cuerpo   
     endfor   
   endfor   
 endfor

2.8.4 La sentencia `while`

En vez de controlar el bucle mediante un contador es muy útil controlarlo mediante una condición lógica. Para eso podemos usar una estructura while.

while (condición)   
   cuerpo   
 endwhile

Ejemplo:

>> a=0;
 >> while a<5
 ... disp(a)
 ... a=a+1;
 ... end
 0
 1
 2
 3
 4

Sólo debemos tener en cuenta cuando programamos que el uso de un while es mucho más crítico que el uso de un for. Esto es porque la condición lógica que controla el bucle debe aplicarse sobre una variable interna en el bucle. Entonces es probable que si programamos mal, la variable que usamos como control nunca llegue a cumplir la condición que nos para la ejecución. En Matlab o Octave no suele ser un gran problema, puesto que el sistema puede reaccionar y cortar el proceso de otro modo, pero en otros lenguajes puede tener consecuencias bastante desagradables. También debemos tener en cuenta que los bucles controlados por una condición lógica no permiten la paralelización en el caso que tengamos una versión para varios procesadores de Matlab o Octave.

2.8.5 La sentencia `do-until`

Esta sentencia es equivalente a while con la condición lógica complementaria.

2.8.6 Las sentencias `break` y `continue`

Tanto para el for como para los otros tipos de bucles tenemos variables de control de la ejecución que pueden ser de utilidad. La sentencia break dentro de un bucle nos quita el hilo¹⁷ del bucle para seguir ejecutando el programa o un bucle externo. Un ejemplo sería:

num=103;   
 div=2;   
 while (div*div <= num)   
   if (rem (num, div) == 0)   
     break;   
   endif   
   div++;   
 endwhile   
 if (rem (num, div) == 0)   
   printf ('El divisor menor de %d es %d \n', num, div);   
 else   
   printf ('%d es primo \n', num);   
 endif

En cambio la sentencia continue, en vez de sacarnos del bucle, hace que saltemos uno de los pasos del mismo para ir al siguiente estado del contador.

2.8.7 La sentencia `try`

Los bloques de estructura try son de la forma:

try
   cuerpo
 catch 
   alternativa
 end

Por ejemplo:

>> a=rand(5,5);b=rand(4,4);
 >> try
 ... a*b
 ... catch
 ... disp('Dimensiones incompatibles')
 ... end
 Dimensiones incompatibles

Esta estructura es muy parecida a if-else pero con la particularidad que la condición lógica es si se produce o no un error. Se usará cuando no sepamos si algo puede ejecutarse bien o no y no queramos que el error afecte al resto de la ejecución del programa. Primero intentará ejecutar la sentencia que hayamos puesto en cuerpo y si devuelve un error ejecutará alternativa ignorando el error producido por la primera sentencia.

2.9 Funciones (II)

Tratar la función en Matlab sólo desde el punto de vista de un archivo auxiliar es un tremendo error. La escritura y manipulación de funciones es la mayor potencia (probablemente la única) del lenguaje. Este planteamiento choca con la formulación básica de la función y se acerca más a los lenguajes orientados a objetos donde podemos asignar un método a una variable, algo impensable en Fortran. Siendo poco rigurosos podemos decir que si C++ es un lenguaje orientado a objetos Matlab es orientado a funciones.

2.9.1 Funciones matemáticas básicas

Matlab cuenta con una enorme biblioteca de funciones matemáticas. Su utilidad depende directamente del conocimiento que tengamos de ellas. Mientras intuitivamente ya hemos usado las funciones trigonométricas sin y cos, muchas de las presentes en la colección ni nos sonarán. Cumple el objetivo principal de ahorrarnos tener que escribir cualquier función mínimamente conocida. El nombre que reciben estas funciones suele ser bastante descriptivo; la función Γ se llamará gamma y las funciones de Airy se llamarán airy.

Estas funciones no son archivos .m, se escriben en un lenguaje compilado como C++ o Fortran para que su velocidad sea mayor. No debemos tener miedo a usarlas tanto como sea posible.

2.9.2 La Ayuda(II)

Ya hemos hablado del comando help y cómo debe utilizarse. Nosotros también podemos dotar nuestras funciones de una ayuda parecida de una manera muy fácil. Todas las líneas comentadas entre la sentencia function y la primera sentencia ejecutable nos saldrán por pantalla si llamamos a la función mediante el comando help. Por ejemplo:

function out=derivada_numerica(in)   
 %   
 % función derivada_numerica Calcula las diferencias centradas de
 % primer orden de un vector entrada: in (vector) salida : out (vector)
 %
    
   ...   
 end

Cuando hagamos help derivada_numerica obtendremos por pantalla:

función derivada_numerica   
  Calcula las diferencias centradas de primer orden de un vector   
    entrada: in  (vector)   
    salida : out (vector)

Disponemos también de dos funciones para manejar los errores de ejecución, usage y error. En la sección 2.9.3 tenemos un ejemplo de cómo se usan. Son de gran utilidad sobre todo cuando hagamos debugging de un programa grande. Si se produce un error en la lectura de los argumentos o en el cálculo interno se imprime en pantalla toda la cadena de errores que han provocado el fallo, estos mensajes son a menudo demasiado crípticos. Si intuimos que la ejecución puede fallar en algún sitio debemos preverlo, es una buena táctica pensar el hilo de ejecución tanto si funciona correctamente como si no.

¹⁸

2.9.3 Argumentos de entrada y salida.

En el apartado anterior dedicado a funciones (2.4.1) hemos sido intencionadamente rigurosos con la sintaxis. Si una función retorna sólo una variable pueden omitirse los corchetes:

function salida = entrada (arg)
   salida = ...
 end

La función nargin retorna el número de argumentos de entrada necesarios en una función, si lo aplicamos a la función entrada que acabamos de definir¹⁹:

>> nargin('entrada')
 ans = 1

Mientras que dentro de la función es una constante cuyo valor es el número de argumentos de entrada:

function retval = avg (v)
 % retval = avg(v) v :: vector
 %
 % Calcula la media de los elementos de un vector
   retval = 0;
   if (nargin != 1)
     usage ('avg (vector)');
   endif
   if (isvector(v))
     retval = sum(v) / length(v);
   else
     error ('avg: expecting vector argument');
   endif
 end

Este ejemplo además nos sirve para ver el control de errores de una función. Las palabras clave usage y error son los mensajes que saldrán por pantalla si se comete un mal uso o existe un error de ejecución respectivamente. Para que entendamos más en profundidad se propone esta sesión de consola:

>> help avg
 avg is the user-defined function from the file
 /home/guillem/CursoScripting/ejercicios/avg.m   
 retval = avg(v)
 v :: vector
 Calcula la media de los elementos de un vector   
 >> v=[1,2,3,4];
 >> avg(v)
 ans = 2.5000
 >> u=[4,3,2,1];
 >> avg(u,v)
 usage: avg (vector)
 error: evaluating if command near line 8, column 3
 error: called from `avg' in file `/home/guillem/C...
 >> w=[1,2;3,4];
 >> avg(w)
 error: avg: expecting vector argument
 error: evaluating if command near line 11, column 3
 error: called from `avg' in file `/home/guillem/C...
 >>

Los corchetes son necesarios sólo cuando queramos retornar más de una variable:

function [salida1,salida2] = entrada (args)
   salida1 = ...
   salida2 = ...
 end

En el caso que dejemos una variable vacía no vamos a obtener un error sino un aviso:

>> function [x,y,z] = f()
 x=1;
 y=2;
 end
 >> [a,b,c]=f()
 warning: in f near line 7, column 8:
 warning: f: some elements in list of return values are undefined
 a = 1
 b = 2
 c = []
 >>

Si queremos saber cuantas variables de salida tiene una función debemos usar nargout. Una variable de control muy interesante es la palabra clave return, Cuando el hilo de ejecución de una función pasa por la palabra return inmediatamente retorna la ejecución a la consola o al programa principal:

function out = any_zero(v)
 % out = any_zero (v) v :: vector
 %
 % devuelve un mensaje si algun elemento de v es 0
 out = 0;
 for i = 1:length(v)
   if (v (i) == 0)
     out = 1;
     return
   endif
 endfor
 printf ('No se ha encontrado ningun cero \n')   
 >> u=[1,2,3,0];
 >> v=[1,2,3,4];
 >> any_zero(u)
 ans = 1
 >> any_zero(v)
 No se ha encontrado ningun cero
 ans = 0

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Guillem Borrell i Nogueras Extra韉o de: http://torroja.dmt.upm.es/%7Eguillem/matlab/ CopyLeft

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