Bài giảng tóm tắt Matlab căn bản (dành cho sinh viên khối tự nhiên - công nghệ): Phần 2

Chia sẻ: Codon_08 Codon_08 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Bài giảng tóm tắt Matlab căn bản (dành cho sinh viên khối tự nhiên - công nghệ): Phần 2 tập trung trình bày các vấn đề cờ bản về lập trình giao diện người dùng; một số phương pháp xử lý tính toán trên Matlab.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng tóm tắt Matlab căn bản (dành cho sinh viên khối tự nhiên - công nghệ): Phần 2

Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý y = vy*t; Tính các thành phần của vec tơ vận tốc và hiển thị bằng các dùng quiver3: u = gradient(x); v = gradient(y); w = gradient(z); scale = 0; quiver3(x, y, z, u, v, w, scale) axis square 17. Kết chương Trong chương này, sinh viên đã làm quen với một số lệnh cơ bản trong vẽ đồ thị dựa trên dữ liệu. Chương cũng giúp sinh viên làm quen với một số lệnh vẽ đồ thị 3D và nâng cao. Chương tiếp theo sẽ giúp sinh viên làm quen với phương pháp lập trình giao diện đồ họa người dùng trên Matlab Trang 43
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý CHƯƠNG 4. LẬP TRÌNH GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG (GUI) Chương này sẽ hướng dẫn người dung lập trình bằng cửa sổ, đây là dạng lập trình giao diện người dùng thường thấy ở các ngôn ngữ cấp cao hiện nay. 1. Cách thực hiện Mở phần mềm Matlab, gõ lệnh sau vào cửa sổ Command: >> guide Cửa sổ GUIDE Quick Start hiện ra như sau: Trong cửa sổ GUIDE Quick Start có nhiều lựa chọn theo các khuôn mẫu như sau: Thẻ Create New GUI: Tạo một hộp thoại GUI mới theo một trong các loại sau: - Blank GUI (Default): Hộp thoại trống, không có một điều khiển uicontrol nào cả. - GUI with Uicontrols: Hộp thoại với một vài uicontrol như button,... - GUI with Axes and Menu: Hộp thoại với một uicontrol axes và button, các menu để hiển thị đồ thị. - Modal Question Dialog: Hộp thoại đặt câu hỏi Yes, No. Thẻ Open Existing GUI: giúp người dùng mở một project có sẵn đã tạo trước. Trong hướng dẫn này, khi tạo một project mới sẽ chọn Blank GUI Trang 44
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý 2. Lập trình giao diện với Blank GUI Giao diện rất giống với các chương trình lập trình giao diện như Visual Basic, Visual C++, C# ... Di chuột qua các biểu tượng ở bên trái sẽ thấy tên của các điều khiển. Sau đây là một số điều khiển thường dùng:  Push Button: Là các nút bấm như nút OK, Cancel mà ta vẫn bấm (tương tự Button trong các ngôn ngữ bậc cao)  Slider: Thanh trượt có một con trượt chạy trên đó.  Radio Button: Chọn lựa 1 điều kiện trong một tập điều kiện.  Check Box: Chọn lựa nhiều điều kiện trong một tập điều kiện.  Edit Text: Là một ô cho người dung nhập văn bản  Static Text: Là ô hiễn thị văn bản của người dùng  Pop-up Menu: Người dùng chọn một đối tượng trong danh sách sổ xuống.  List Box: Cho phép người dùng chọn 1 đối tượng trong danh sách hiện ra.  Axes: Thực hiện vẽ hệ trục tọa độ.  Panel: Là một dạng phân ô của các thành phần trên giao diện.  Button Group: Nhóm các button.  ActiveX Control: Các Control do người dung nhúng thêm vào.  Toggle Button: Dạng nút bấm bật - tắt. Trang 45
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Phía trên cùng là menu, trọng nhất là menu Tools có:  Run (Ctr + T): Chạy chương trình đã viết, sẽ báo lỗi nếu chương trình chứa lỗi. Để chạy được chương trình, hệ thống bắt buộc người dùng phải lưu lại ứng dụng.  Align Object: dùng để sắp xếp các điều khiển và căn lề cho các đối tượng.  Grid and Rulers: Hiễn thị lưới và thước trong giao diện.  Menu Editor: Tạo menu cho ứng dụng.  Tab Order Editor: sắp xếp thứ tự các xuất hiện chuột lên đối tượng khi nhấn phím Tab lúc chạy ứng dụng.  Gui Options: Một số lựa chọn cho giao diện GUI. Khi ta lưu lại (vào File\Save hoặc nhấn Ctrl + S) với một tên nào đó (ví dụ: vidu), khi đó hệ thống đồng thời xuất hiện hai cửa sổ là cửa sổ soạn thảo và cửa sổ thiết kế. Trong thư mục vừa lưu sẽ có hai tập tin:  vidu.fig: Tập tin này chứa giao diện của chương trình, là nơi cho người dung thiết kế bằng cách kéo thả các điều khiển để tạo ứng dụng.  vidu.m: tập tin này chứa các mã thực thi cho chương trình như các hàm khởi tạo, các hàm callback... 3. Kéo thả và thiết lập thuộc tính cho các điều khiển Ví dụ: Thực hiện chương trình cho người dùng nhập vào hai số, khi nhấn nút sẽ hiễn thị kết quả phép tính cộng của 2 số vừa nhập. Thực hiện các bước như sau: - Tạo một Blank GUI: Vào File\New\GUI chọn Blank GUI, đặt tên là vidu.fig - Kéo thả vào trong giao diện 2 Edit Text, 1 Static Box và 1 Push Button. Trang 46
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Click đôi vào Edit Text để xuất hiện cửa sổ các thuộc tính của điều khiển như sau: Một số thuộc tính quan trọng nhất của Edit Box bao gồm:  Tag: đây là tên của điều khiển. Dùng tên này có thể thao tác đến các thuộc tính của đối tượng. Ở đây ta đặt tên là: txtX.  String: là xâu kí tự hiện lên Edit Box. Có thể để trống hoặc thiết lập bằng 0. Tương tự, thay đổi thuộc tính tag của Edit Box thứ 2 thành txtY, Static Box cũng tương tự thành txtKetQua. Với Push Button: thuộc tính tag đặt là cmdCalculate, String đặt là “ket qua” 4. Viết lệnh cho chương trình Chương trình có tác dụng khi nhấn vào nút Push Button sẽ hiện lên kết quả ở Static Box. Vì thế sẽ phải viết vào hàm nào mà khi nhấn vào Push Button sẽ gọi. Chính là hàm Callback. Điều khiển nào cũng có hàm callback, giống như hàm ngắt trong vi điều khiển vậy. Click chuột phải vào nút “+” chọn View Callbacks\ Callback: Trong phần này còn một số hàm nữa sẽ giới thiệu sau. Trang 47
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Nhìn vào định nghĩa của hàm trong Editor ta sẽ thấy là: hàm này được thực hiện khi nhấn vào nút buttonCalculate. Hàm có một số tham số:  hObject : handle của điều khiển buttonCalculate  eventdata: dữ liệu khi sự kiện xẩy ra.  handles: là một cấu trúc chứa tất cả các điều khiển và dữ liệu người dùng, dùng để truy xuất các điều khiển khác. Qua thuộc tính tag của các điều khiển ta sẽ truy suất đến thuộc tính string của các điều khiển txtX, txtY, txtKetQua bằng lệnh get và set. get(handles.tag_dieu_khien, 'ten thuoc tinh'); set(handles.tag_dieu_khien, 'ten_thuoc_tinh', gia_tri); Một hàm quan trọng nữa biến từ chuỗi sang số: str2num và num2str để biến trở lại. Vậy chúng ta sẽ viết hàm như sau: Trang 48
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Nhấn nút Run kiểm tra kết quả: 5. Các tính chất của các điều khiển trong GUIDE Matlab Để hiện cửa sổ các tính chất Property Inspector của một điều khiển, có 3 cách sau:  Nhấn đúp chuột vào mỗi điều khiển.  Chọn điều khiển rồi vào menu View, chọn Property Inspector.  Chọn điều khiển rồi nhấn vào biểu tượng Property Inspector, gần chỗ M-file editor. Khi đó, cửa sổ Property Inspector sẽ hiện ra. Khi nhấn vào các điều khiển khác thì cửa sổ này sẽ hiện thông tin tương ứng cho điều khiển đó. Một vài tính chất chung của các điều khiển mà các bạn nên chú ý: Tính chất (property) Giá trị (value) Mô tả Enable on, inactive, off Xác định khi nào thì điều khiển hiển thị lên giao Mặc định là: on diện. Đặt = off, thì điều khiển sẽ không xuất hiện. Max Mặc định là 1. Giá trị lớn nhất, tùy thuộc vào từng điều khiển. Min Mặc định là 0 Giá trị nhỏ nhất, tùy thuộc vào từng điều khiển. Position Vector gồm 4 phần tử Kích thước của điều khiển và vị trí tương đối của (left, bottom, width, nó với điều khiển chứa nó. height) String Chuỗi hiển thị Units Đơn vị đo lường dùng trong xác định vị trí. Value Vô hướng hoặc vector Giá trị của component, tùy thuộc vào từng component. Ngoài ra, thuộc tính cực kì quan trọng mà các bạn phải chú ý là tag. Thuộc tính này chính là tên của đối tượng, là duy nhất dùng để phân biệt đối tượng này và đối tượng khác. Trang 49
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý 6. Tổng quan về hàm Callback trong lập trình GUI Sau khi tạo giao diện xong thì phần lập trình rất quan trọng, chính là lập trình các hành vi của các điều khiển để đáp ứng lại các sự kiện như nhấn phím, kéo thanh trượt, khi chọn menu, ... đó chính là các hàm Callback (giống như các hàm sự kiện trong các ngôn ngữ khác). a. Thế nào là hàm Callback Callback là một hàm mà khi viết miêu tả hành vi của một thành phần GUI xác định hoặc là của chính GUI figure, điều khiển các hành vi của chúng bằng cách thực hiện một số hành động được viết trong hàm, để đáp ứng lại một sự kiện của chính thành phần đó. Cách lập trình này thường gọi là: Lập trình lái sự kiện (event driven programming). Ví dụ, khi bạn nhấn một Button thì vẽ đồ thị, tính tổng, … Vậy thì khi nhấn phím thì hiển nhiên đã gọi hàm Callback nhấn phím của Button đó, và trong hàm Callback này sẽ thực hiện lệnh vẽ đồ thị, tính tổng, … tương ứng. b. Các loại hàm Callback Mỗi thành phần có nhiều hàm Callback khác nhau, sau đây liệt kê các loại hàm Callback và các điều khiển có thể có hàm này. Callback property Sự kiện xảy ra Thành phần có hàm này ButtonDownFcn Thực hiện khi người dùng nhấn Axes,figure,button chuột lên hoặc trong 5 pixels của group,panel,user component hoặc figure. Nếu là interfacecontrols component thì thuộc tính Enable phải on ( tất nhiên rùi ). Callback Hành động của các component, ví dụ Contextmenu, như thực thi khi người dùng click lên menu,userinterface Push Button hoặc chọn một thành controls phần menu. CloseRequestFcn Thực thi trước khi figure đóng. Figure CreateFcn Tạo các thành phần.Nó được dùng để Axes,figure,button khởi tạo các thành phần khi nó được group,contextmenu, Trang 50
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý tạo ra. Nó thực thi sau khi thành menu,panel,user phần hoặc figure được tạo, nhưng interfacecontrols trước khi hiển thị lên trên giao diện người dùng. DeleteFcn Xóa thành phần. Nó có thể được Axes,figure,button dùng để thực hiện hành động xóa bỏ group,contextmenu, trước khi component hoặc figure bị menu,panel,user hủy bỏ. interfacecontrols KeyPressFcn Thực thi khi người dùng nhấn một Figure,userinterface phím trong keyboard và component controls hoặc figure của hàm callback đó đang được focus. KeyReleaseFcn Thực thi khi người dùng nhả một Figure phím đang bấm và figure vẫn đang được focus. ResizeFcn Thực thi khi người dùng thay đổi Buttongroup,figure, panel kích thước của panel, button group, hoặc figure với điều kiện thuộc tính Resize của figure = on. SelectiononChangeFcn Thực thi khi người dùng lựa chọn Buttongroup một nút Radio Button khác hoặc toggle button khác trong thành phần Button Group. WindowButtonDownFcn Thực thi khi bạn nhấn chuột (trái Figure hoặc phải) trong khi con trỏ vẫn nằm trong vùng cửa sổ figure. WindowButtonMotionFcn Thực thi khi bạn di chuyển con trỏ Figure trong vùng cửa sổ figure. WindowButtonUpFcn Ban đầu bạn nhấn chuột (trái, hoặc Figure phải) thì khi nhả phím đó ra thì hàm Trang 51
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý này sẽ được gọi. WindowScrollWheelFcn Thực thi khi nút cuộn của chuột cuộn Figure trong khi figure vẫn trong tầm focus. 7. Chương trình Calculator Có rất nhiều cách để tạo ra một chương trình "Máy tính bấm tay" hay Calculator. Ví dụ sau đây sẽ hướng dẫn tạo ra một chương trình máy tính bấm tay đơn giản sử dụng kỹ thuật trùng "Callback" trong lập trình giao diện GUI. Sử dụng GUIDE, thiết kế giao diện của chương trình như sau: Đặt thuộc tính cho các đối tượng như sau: - Edit Text: Tag=edit1 (mặc định); FontSize=20; Enable=Inactive; HorizontalAligment=right;... - Đặt thuộc tính Tag của tất cả các nút là: pushadd (ngoại trừ 3 nút: "=" và "%" và "C") - Nút "=": Tag=pushequal - Nút "%": Tag=pushpercent - Nút "C": Tag=pushclear Điều chỉnh kích thước và sử dụng công cụ "Align Objects" để sắp xếp vị trí các nút như hình trên. Trang 52
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Lưu lại fig-file với tên mycalc.fig, trong file mycalc.m tìm các hàm tương ứng và thêm vào các lệnh sau: % --- Executes on button press in pushadd. function pushadd_Callback(hObject, eventdata, handles) textstr = get(handles.edit1,'String'); addstr = get(hObject,'String'); newstr = strcat(textstr, addstr); set(handles.edit1,'String', newstr) % --- Executes on button press in pushequal. function pushequal_Callback(hObject, eventdata, handles) textstr = get(handles.edit1,'String'); try set(handles.edit1,'String', eval(textstr)) catch err set(handles.edit1,'String', err.message) end % --- Executes on button press in pushpercent. function pushpercent_Callback(hObject, eventdata, handles) textstr = get(handles.edit1,'String'); try set(handles.edit1,'String', 100*eval(textstr)) catch err set(handles.edit1,'String', err.message) end % --- Executes on button press in pushclear. function pushclear_Callback(hObject, eventdata, handles) set(handles.edit1,'String','') Trang 53
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Lưu lại file mycalc.m và chạy chương trình. Sử dụng chuột click các nút để nhập vào một phép tính, sau đó Click nút "=" để thu được kết quả: Cuối cùng, Click nút "C" để bắt đầu một phép tính khác. 8. Kết chương Trong chương này, sinh viên tìm hiểu các vấn đề liên quan đến lập trình giao diện người dùng. Thông qua tìm hiểu hàm Callback, kết hợp với ví dụ về chương trình Calculator sinh viên sẽ có cái nhìn rõ hơn về lập trình giao diện người dùng GUI. Chương tiếp theo sẽ giới thiệu một số phương pháp lập trình xử lý với Matlab. Trang 54
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý CHƯƠNG 5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TÍNH TOÁN TRÊN MATLAB 1. Tính định thức của ma trận Cho một ma trận vuông cấp n. Ta cần tìm định thức của nó. Trước hết nhắc lại một số tính chất quan trọng của định thức: - Nếu nhân tất cả các phần tử của một hàng (hay cột) với k thì định thức được nhân với k. - Định thức không đổi nếu ta cộng thêm vào một hàng tổ hợp tuyến tính của các hàng còn lại. - Nếu đổi chỗ hai hàng cho nhau thì định thức đổi dấu Trước khi đi đến định nghĩa về định thức ta tìm hiểu khái niệm về hoán vị và phép thế. Cho một dãy số, nếu ta đổi chỗ các số trong dãy cho nhau thì ta đã thực hiện một phép hoán hoán vị. Ví dụ 123, 132,.. là các hoán vị của dãy số {1, 2, 3}. Trong hoán vị α1α2…αi…αj…αn ta nói αi làm một nghịch thế với αj nếu i < j mà αi > αj. Ví dụ trong hoán vị 1432 số 4 làm với số 3 một nghịch thế, số 4 làm với số 2 một nghịch thế, số 3 làm với số 2 một nghịch thế. Một hoán vị gọi là chẵn nếu tổng số nghịch thế trong hoán vị đó là một số chẵn; một hoán vị gọi là lẻ trong trường hợp ngược lại. Như vậy 1432 là một hoán vị lẻ. Cho một dãy số, nếu ta tạo ra một dãy số mới bằng cách đổi chỗ các phần tử cho nhau thì ta đã thực hiện một phép thế.  2 1 4 3 Ví dụ p    là phép thế biến 2 thành 1, 1 thành 4, 4 thành 2 và 3 thành 3.  1 4 2 3 Một phép thế gọi là chẵn nếu tính chẵn lẻ của dòng trên và dòng dưới như nhau và lẻ trong trường hợp ngược lại. Phép thế trên là phép thể lẻ. Cho ma trận vuông [A] cấp n. Các phần tử của hàng thứ i là ai,1, ai,2,…,ai,n. Các phần tử của cột thứ j là a1,j, a2,j ,…, an,j. Ta xem hàng thứ i là một vector, kí hiệu là Ai* và cột thứ j cũng là một vec tơ, kí hiệu là A*j. Với mỗi phép thế: Trang 55
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý  i1 i2 ... i n  p    (1)  j1 j2 ... j n  ta lập tích: ai1 j1 ai2 j 2 ...ai n j n (2) Trước mỗi tích (2) ta đặt dấu + nếu và dấu ‐ nếu phép thế (1) lẻ. Sau đó ta lập tổng của n! tích có dấu như vậy, nghĩa là tổng: t( p)  (1) p ai1 j1 ai 2 j 2 ...ai n j n (3) trong đó: t(p) = 1 nếu phép thế p lẻ t(p) = 0 nếu phép thế p chẵn Tổng (4) được gọi là định thức của ma trận vuông [A], cấp n. Ta xây dựng hàm determinant() để tính định thức của ma trận theo định nghĩa: function d = determinant(A) % DETERMINANT tinh dinh thuc theo dinh nghia. [m, n] = size(A); if ( m ~= n ) fprintf ( ʹ\nʹ ); fprintf ( ʹ Chi ma tran vuong moi co dinh thuc!\nʹ ); return end p = zeros(1, n); nf = prod([1:n]); d = 0.0; for i = 1:nf p = nextperm(p); s = permsign(p); x = diag(A([1:n],p)); 91 d = d + s*prod(x); Trang 56
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý end function psign = permsign(p) % PERMSIGN tra ve dau phep the . % +1, neu phep the chan, % ‐1, neu phep the le. n = length ( p ); psign = 1; for i = 1:n‐1 j = i; while (p(j) ~= i) j = j + 1; end if ( j ~= i ) temp = p(i); p(i) = p(j); p(j) = temp; psign = ‐ psign; end end function q = nextperm(p) n = length(p); q = p; if(n == 1) q = 1; elseif (q == 0) q = [1:n]; else i = n ‐ 1; Trang 57
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý while (q(i) > q(i+1)) i = i ‐ 1; if (i == 0) break; 92 end end if (i == 0) q = [1:n]; else j = n; while (q(j) < q(i)) j = j ‐ 1; end t = q(j); q(j) = q(i); q(i) = t; q(i+1:n) = q(n:‐1:i+1); end end Để tính định thức ta dùng chương trình ctdeterminant.m: clear all, clc %a = [1 2; 3 5]; a = [1 3 5; 3 4 6; 4 6 3]; d = determinant(a) Trang 58
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý 2. Nghịch đảo ma trận bằng cách dùng Minor Cho ma trận [A], ta có: Aj ,i ( a 1 )i , j  det[ A] Trong đó: (a-1)i,j là phần tử ở hàng i, cột j của ma trận [A]‐1 , Ai,j là phần bù đại số của phần tử ai,j của ma trận [A]. Ta xây dựng hàm minorinv() để thực hiện thuật toán trên: function c = minorinv(a) % Tim ma tran nghich dao bang thuat toan minor n = size(a, 1); ms = det(a); for i = 1:n for k = 1:n b = cofactor(a, i, k); c(i, k) = b/ms; end end c = transpose(c); Để tìm ma trận nghịch đảo ta dùng chương trình ctminorinv.m: clear all, clc; a = [1 3 5; 3 4 9; 5 9 6]; b = minorinv(a) Trang 59
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý 3. Nghịch đảo ma trận bằng thuật toán gauss-Jordan. Cho ma trận [A] và ma trận đơn vị [E] tương ứng. Dạng của ma trận [E] cấp 4, là: 1 0 0 0   0 1 0 0 E  0 0 1 0   0 0 0 1   Như vậy, vấn đề là ta cần tìm ma trận [A]‐1. Phương pháp loại trừ để nhận được ma trận nghịch đảo [A]‐1 được thực hiện qua n giai đoạn, mỗi một giai đoạn gồm hai bước. Đối với giai đoạn thứ k: - Chuẩn hoá phần tử akk bằng cách nhân hàng với nghịch đảo của nó. - Làm cho bằng không các phần tử phía trên và phía dưới đường chéo cho đến cột thứ k. Khi k = n thì [A](k) sẽ trở thành ma trận đơn vị và [E] trở thành [A]‐1 Ta xây dựng một hàm nghịch đảo invmat(): function x = invmat(a) % Nghich dao ma tran a 102 %Cu phap: x = invmat(a) k = size(a, 1); n = k; b = eye(n); a = [a, b]; i = 1; while i
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý c = a(k, i); a(k, i:2*n) = a(k, i:2*n)‐ a(i, i:2*n)*c; end end i = i+1; end x(:, 1:k) = a(:, (1+k):(2*k)); Để nghịch đảo ma trận:  2 1 1   [ A]   1 2 1  1 1 2   ta dùng chương trình ctinvmat.m: clear all, clc a = [ 2 1 1; 1 2 1; 1 1 2]; b = invmat(a) 4. Lập trình giao diện: Giải phương trình bậc 2 Chạy Matlab, vào Menu File\New\GUI sẽ thấy hiện ra hộp thoại sau: Chọn Blank GUI, nhấn OK. Trang 61
Giáo trình Matlab căn bản Thái Duy Quý Trong hộp thoại hiện ra, kéo thả các điều khiển Push button, Edit Text và Static Text vào figure như giao diện sau: Mỗi điều khiển đều có nhiều thuộc tính, có 2 thuộc tính quan trọng nhất là: Tag, String. Tag là thuộc tính chỉ địa chỉ của điều khiển (dùng để gọi khi cần). String là thuộc tính chứa nội dung (sẽ được hiển thị ra ngoài) của điều khiển. Sau đây ta đặt các thuộc tính này: - Push button 1: + Tag : start + String : Bat dau - Push button 2: + Tag : close + String : Close - Edit Text 1: + Tag : heso_a + String : (xóa trắng) - Edit Text 2: + Tag : heso_b Trang 62