Table Of ContentОсновы Scilab.
Оглавление
Примечание переводчика......................................................................................................................3
1.1 Введение вScilab............................................................................................................................3
1.2. Как получить помощь.....................................................................................................................4
1.3 Списки рассылки,wiki и отчеты о дефектах..................................................................................5
1.4 Получение справки по демонстрациям имакросамScilab.........................................................7
1.5 Основы работы в Scilab....................................................................................................................8
1.6 КонсольScilab...................................................................................................................................8
1.7 Встроенный редактор скриптов.....................................................................................................9
1.8 Расположение панелей.................................................................................................................10
1.9 Использование командыexec......................................................................................................11
1.10 Пакетная обработка.....................................................................................................................11
2.1 Основные элементы языка, Scilab................................................................................................13
2.2 Определение вещественных переменных..................................................................................14
2.3 Имена переменных........................................................................................................................15
2.4. Комментарии и продолжение строки.........................................................................................15
2.5. Элементарные математические функции....................................................................................16
2.6. Предопределенные математические константы........................................................................16
2.7. Логический тип..............................................................................................................................17
2.8. Комплексные числа......................................................................................................................18
2.9. Целые числа..................................................................................................................................18
2.10. Целые числа и числа с плавающей точкой...............................................................................19
2.11. Переменнаяans............................................................................................................................20
2.12. Строки............................................................................................................................................20
2.13. Динамическая типизация переменных......................................................................................21
3.1. Матрицы.........................................................................................................................................21
3.2. Обзор..............................................................................................................................................21
3.3. Создание вещественных матриц.................................................................................................22
3.4. Пустая матрица []............................................................................................................................23
3.5. Определение размера матрицы...................................................................................................23
3.6. Работа с элементами матрицы....................................................................................................24
3.7. Оператор “:”...................................................................................................................................25
1
3.8. Генерация единичной матрицы. Функцияeye...........................................................................28
3.9. Динамическое изменение размера матрицы............................................................................28
3.10. Оператор "$"...............................................................................................................................29
3.11. Арифметические операции.......................................................................................................30
3.12. Поэлементные операции...........................................................................................................32
3.13. Эрмитово сопряжение и транспонирование...........................................................................32
3.14. Умножение векторов..................................................................................................................33
3.15. Сравнение вещественных матриц.............................................................................................34
4.1. Числа с плавающей точкой в качестве индексов.......................................................................35
4.2. Еще об элементарных функциях.................................................................................................36
4.3. Операторы ветвлетния и цикла...................................................................................................37
4.3.1. Оператор if.............................................................................................................................38
4.3.2. Оператор select......................................................................................................................39
4.3.3. Оператор for..........................................................................................................................41
4.1.1. Оператор while.......................................................................................................................42
4.1.2. Инструкции break и continue................................................................................................43
5.1. Функции..........................................................................................................................................44
5.2. Обзор...............................................................................................................................................44
5.3. Создание собственной функции.................................................................................................46
5.4. Библиотеки функций....................................................................................................................48
6.1. Управление выходными переменными.......................................................................................50
6.2. Уровни стека вызовов....................................................................................................................51
6.3. Инструкцияreturn.........................................................................................................................52
6.4. Отладка функций. Инструкцияpause..........................................................................................52
7.1. Построение графиков...................................................................................................................58
7.2. Обзор графических возможностейScilab...................................................................................59
7.3. Отображение двухмерных графиков............................................................................................59
7.4. Контурные графики........................................................................................................................60
7.5. Подписи на графиках....................................................................................................................63
7.6. Изображение нескольких рисунков в одном графическом окне..............................................65
2
Примечание переводчика.
Применение Matlab в учебных целях привлекательно, нокрайнезатруднено из-за
дороговизны. Выходомявляется использование бесплатного, свободно распространяемого
программного продукта Scilab с надстройкойScicos.Одним из егонедостатков является
отсутствие достаточного количества руководств, особенно нарусском языке. В
настоящем,сознательно компилятивном, руководстве широко используются уже
известные источники:
Introduction to Scilab, Michaël Baudin, June, 2010.
И.В.Черных. "Simulink: Инструмент моделирования динамических систем".
Компилятивность объясняется как желанием вместить изложение вотведённоепод
курсвремя, так и необходимостью продемонстрировать основы, достаточные для первых
попыток работы.
Поэтому:
•
описание Scicos –неполно, использованы только разделы кажущиеся
необходимыми для преподавания данногокурсаознакомительногохарактера;
•
всеиллюстрации заменены наскриншоты, соответствующие версии Scilab4.4;
•
предполагается периодическое дополнение текстаруководства.
1.1 Введение в Scilab
Scilab - это язык программирования и связанная с ним обширная коллекция численных
алгоритмов, охватывающая многие аспекты научных вычислений,
С программной точки зрения, Scilab является интерпретируемым языком, что
позволяет ускорить процесс разработки, поскольку пользователю приходится напрямую
иметь дело с высокоуровневыми конструкциями и широким набором возможностей,
предоставляемых библиотеками. Язык Scilab допускает расширение посредством
определения пользовательских типов данных с возможностью перегрузки стандартных
операций (таких как арифметические операции, операции сравнения и т.д.). Пользователи
Scilab могут разрабатывать собственные модули для решения конкретных задач.
Возможна также динамическая компиляция и подключение кода, написанного на других
языках, таких как Fortran или С - таким образом сторонние библиотеки могут быть
использованы, как если бы они частью встроенных средств Scilab. Scilab также предо-
ставляет возможности для взаимодействия с пакетом Lab VIEW - платформой и
программным окружением для визуального программирования, созданными в National
Instruments.
С научной точки зрения, Scilab содержит большое число возможностей. Хотя
первоначально акцент был сделан на линейную алгебру, вскоре функциональные
возможности пакета расширились настолько, что охватили многие разделы научных
вычислений, в том числе:
• линейную алгебру, разреженные матрицы,
• полиномы и рациональные функции,
• интерполяцию и аппроксимацию,
• линейную, квадратичную и нелинейную оптимизацию,
• обыкновенные дифференциальные уравнения, дифференциальные алгебраические
уравнения,
• классическое и робастное управление, решение линейных матричных неравенств,
• оптимизацию дифференцируемых и недифференцируемых функций,
• обработку сигналов,
• математическую статистику.
3
Scilab предлагает множество графических функций, в том числе для построения
двух- и трехмерных графиков. Графический модуль Xcos объединяет в себе возможности
редактора моделей и моделировщика.
1.2. Как получить помощь
Наиболее простым способом получить справку по возможностям пакета Scilab является
функция help. Окно справки Scilab показано на рис. 2.
Рисунок 1. Окно консоли Scilab (командное окно)с набранным запросом help
Для его отображения наберите "help" в консоли и нажмите клавишу <Enter>:
-->help
4
Рисунок 1. Окно справки Scilab
Если вас интересует информация о конкретной функции (например, optim), вы можете
пролистать содержание встроенной справки, найти раздел, посвященный оптимизации, и
выбрать optim, после чего будет отображено окно со справкой по данной функции.
Однако более удобным способом получить информацию о конкретной функции, если вы
знаете ее название, является использование команды help с указанием имени
интересующей вас функции:
-->help optim
В этом случае Scilab автоматически отобразит окно справки, содержащее информацию о
выбранной функции. Если функции с указанным именем не существует, будет
отображено сообщение об ошибке.
Также вы можете использовать страницы справки на сайте Scilab:
http://www.scilab.org/product/man
Эта страница всегда содержит справку по наиболее свежей версии Scilab. Используя
возможности поиска вашего Интернет-обозревателя, вы можете быстро (при
определенной сноровке) найти необходимую информацию. Таким образом можно
одновременно держать открытыми окна со справкой по нескольким командам Scilab.
Например, изучив описание команд derivative и optim, можно записать целевую функцию,
основанную на вычислении производных посредством команды derivative и пригодную
для оптимизации при помощи optim.
На домашней страничке Scilab также можно найти список книг, онлайн-руководств и
статей, посвященных пакету:
http://www.scilab.org/publications
1.3 Списки рассылки, wiki и отчеты о дефектах
Список рассылки [email protected] предназначен для общих вопросов, касающихся
использования Scilab. Для того чтобы подписаться на него, отправьте письмо на users-
5
[email protected] (содержание и тема письма не имеют значения, поэтому можно
оставить то и другое пустым). Список рассылки [email protected] посвящен вопросам
разработки Scilab (в том числе ядра и модулей, интенсивно взаимодействующих с ним).
Для того чтобы подписаться, отправьте пустое письмо на [email protected].
Архивы данных рассылок доступны по адресам
http://dir.gmane.org/gmane.comp.mathemat ics.sc ilab.user
и
http://dir.gmane.org/gmane.comp.mathematics.scilab.devel
Перед тем как задавать вопрос, настоятельно рекомендуется сначала обратиться к
архиву- возможно, на ваш вопрос уже был дан ответ.
Специфические вопросы, касающиеся узких технических моментов и не пред-
ставляющие интереса для широкой публики, следует направлять по адресу
[email protected], где они будут рассмотрены разработчиками Scilab и получат
наиболее точные ответы.
Wiki-энциклопедия Scilab представляет открытый источник информации о Scilab с
возможностью свободного редактирования:
http://wiki.scilab.org
Она используется пользователями и разработчиками Scilab для обмена информацией.
Программисты смогут найти здесь пошаговые инструкции для компиляции Scilab из
исходных кодов, информацию о зависимостях различных версий Scilab, инструкции по
работе с репозиторием исходных кодов и т.д.
Scilab использует Bugzilla {http://bugzilla.scilab.org) для регистрации обнаруженных
дефектов. Если вы обнаружили ошибку в функционировании Scilab, разработчики Scilab
будут вам признательны, если вы сообщите о ней, заполнив размещенную по этому
адресу форму. Может случиться, что данную ошибку уже обнаружил кто-то другой,
поэтому целесообразно провести поиск в базе данных перед тем, как сообщать о новой
ошибке. Если ошибка пока не зарегистрирована, пожалуйста, сообщите о ней, сопроводив
ваш отчет тестовым
6
Рис. 3: Окно демонстраций Scilab.
скриптом1, позволяющим воспроизвести ошибку. Этот скрипт должен быть по
1
В прикладной программе, сценарий (скрипт)— это программа, которая автоматизирует некоторую задачу,
которую без сценария пользователь делал бы вручную, используя интерфейс программы. Для написания
пользовательских расширений могут использоваться как скрипты (в терминологии некоторых программ
«макросы»), так и плагины (независимые модули, написанные на компилируемых языках; в некоторых программах
они могут называться «утилитами», «экспортёрами», «драйверами»).
возможности простым, что позволит быстро обнаружить причину ошибки и устранить ее.
Эффективным способом получения наиболее свежей информации является RSS-
подписка:
http://www.scilab.org/en/rss_en.xml
Этот канал регулярно распространяет пресс-релизы и объявления общего характера.
1.4 Получение справки по демонстрациям и макросам Scilab
Консорциум Scilab предлагает набор демонстрационных скриптов, доступных для запуска
из консоли Scilab и при выборе пункта меню ?>Scilab Demos.На рис. 3 представлено окно
демонстраций. Некоторые демонстрации являются графическими, другие предполают
пошаговое выполнение с нажатием клавиши <Enter> для перехода к следующему шагу.
7
1.5 Основы работы в Scilab
В этом разделе мы сделаем наши первые шаги со Scilab и рассмотрим некоторые простые
задачи, которые можно выполнить в консоли. Работать с пакетом Scilab можно
различными путями:
• используя консоль Scilab в интерактивном режиме,
• используя функцию exec в сочетании с именем файлом,
• используя пакетную обработку.
1.6 Консоль Scilab
Простейшим способом использования Scilab является интерактивный ввод команд в
консоли, при этом результат выполнения команды отображается в консоль сразу же после
ее ввода. Все примеры в настоящем руководстве можно выполнить, копируя
соответствующие команды в консоль, так что читатель может сам экспериментировать с
рассматриваемыми возможностями Scilab. Это является хорошим способом, чтобы понять
поведение готовых программ, и чаще всего позволяет достаточно просто перейти к
написанию собственных скриптов.
Рис. 4: Использованиеdisp.
В следующем примере мы воспользуемся функцией disp для отображения строки
"Hello World!":
-->s = "Hello world!"
s =
Hello World!
-->disp(s)
Hello World!
8
Символы "-->" являются приглашением Scilab и отображаются автоматически, когда
Scilab ожидает ввода очередной команды от пользователя. Набрав инструкцию s="Hello
World!" и нажав клавишу <Enter>, мы укажем Scilab выполнить команду: создать
переменную s, содержащую заданный текст. Ответ Scilab подтверждает, что переменная
была создана и ее значение установлено. После этого, набрав disp(s), можно отобразить
содержимое переменной.
При наборе команды используется клавиатура, в точности как в обычном текстовом
редакторе. Для перемещения курсора используются клавиши ← и →. Для удаления
неверного символа используются кнопки <Backspace> и <Delete>.
При нажатии на клавишу <Таb> отображается подсказка (рис. 4), где перечислены
команды, имена которых начинаются с введенных символов (в приведенном примере
disp).
Подсказки отображаются для имен функций, переменных, файлов и графических
дескрипторов, ускоряя и упрощая написание скриптов.
1.7 Встроенный редактор скриптов
Версия Scilab 5.2 предлагает новый редактор, упрощающий разработку скриптов.
Внешний вид окна редактора приведен на рис. 5. В данном случае пользователь
редактирует скрипт, содержащий команды ранее рассмотренного примера, где в консоль
выводилась строка "Hello World!".
Запустить редактор можно из меню Applications > Editor либо из консоли, набрав
команду
-->editor ()
Редактор позволяет работать с несколькими открытыми файлами одновременно (на
рис. 5 открыты 5 файлов).
Некоторые возможности редактора заслуживают отдельного упоминания. Наиболее
часто используемые команды располагаются в меню Execute:
• Load into Scilab - позволяет выполнить все команды некоторого скрипта так, как
будто мы последовательно вводим их в консоли. При этом результат выполнения
инструкций, оканчивающихся символом ";" не отображается.
• EvaluateSelection – позволяет выполнить выделенные инструкции.
• ExecuteFile Into Scilab – позволяет загрузить и исполнить файл, точно так же как
это делается с использованием функции exec в консоли. При этом в консоль будут
выводиться лишь результаты выполнения печатающих функций, таких как disp.
Меню Edit предлагает полезную возможность автоматического форматирования
отступов Correct Indentation.Эта возможность упрощает чтение блоков в таких
конструкциях как if, for и т.д.
Рис. 5: Строка заголовкаперемещаемого окна. Для перемещения окна редактора, перетащите его,
удерживая указатель на строке заголовка, в область окна консоли.
9
Выделив несколько строк и нажав правую кнопку мыши можно отобразить контекст-
ное меню, представленное на рис. 5. Контекстное меню содержит ряд полезных команд:
•
Executeselection in Scilab – выполнить выделенные команды: выполнить выделенные
команды
•
Edit selection in anew tab -открыть новую вкладку и скопировать туда выделенные
команды;
•
Copy,Cut,Paste– скопировать, вырезать и вставить содержимое буфера обмена
соответственно;
•
Help about ‘…’– отобразить страницу помощи, связанную с выделенной командой.
1.8 Расположение панелей
Предположим, что в какой-то момент открыты окно консоли и редактора, как показано
на рис. 5. Переключение между двумя окнами может представлять неудобство, поэтому
реализована возможность разместить окно редактора в качестве панели в пределах основ-
ного окна Scilab. Все окна в Scilab, включая консоль, редактор, окна справки и отображе-
ния графических результатов, могут быть расположены подобным образом. На рис. 6
представлена ситуация, где четыре таких окна размещены совместно.
Рис. 6: Управляющие элементы заголовка окна. Закругленная стрелка позволяет отстыковать окно из
текущего положения, а крестик служит для закрытия окна.
Рис. 9: Вкладки в главном окне Scilab.
10
