Mudanças entre as edições de "Curso Matlab aplicado ao processamento de imagens"
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Assim como a maioria das linguagens de programação o Matlab também permite a criação de funções. Com elas, evitamos a repetição de códigos numa simulação, contribuindo para a legibilidade e facilitando a alteração de funcionalidade. Para criar uma função criamos um arquivo com o nome pretendido e incluímos um cabeçalho que indica as suas características. | Assim como a maioria das linguagens de programação o Matlab também permite a criação de funções. Com elas, evitamos a repetição de códigos numa simulação, contribuindo para a legibilidade e facilitando a alteração de funcionalidade. Para criar uma função criamos um arquivo com o nome pretendido e incluímos um cabeçalho que indica as suas características. | ||
| − | Por exemplo, arquivo '' | + | Por exemplo, arquivo ''soma1.m'': |
function y = soma1(x) | function y = soma1(x) | ||
Edição das 19h02min de 2 de dezembro de 2014
Esta é a página do curso avançado de Matlab, elaborado pelo professor Diego da Silva de Medeiros dentro do projeto intitulado MATLAB - Software de estudos matemáticos. Este curso visa complementar o primeiro curso, de nível básico, com técnicas mais avançadas.
Indexação de matrizes
Indexação simples
Uma das maiores barreiras do usuário do Matlab é a compreensão da indexação de variáveis. A indexação é realizada com parênteses e o número da linha/coluna/etc que se deseja acessar. Para entender isso, vamos criar 3 variáveis, um vetor linha, um coluna e uma matriz:
>> lin = [1 2 3 4]; >> col = [5; 6; 7; 8]; >> mat = [1 2 3 4; 5 6 7 8];
Se quisermos acessar o 1º elemento dos vetores, basta usar a sintaxe variavel(1):
>> lin(1)
ans =
1
>> col(1)
ans =
5
Da mesma forma, podemos acessar o primeiro elemento da matriz (linha 1, coluna 1):
>> mat(1,1)
ans =
1
Repare que para o Matlab, o primeiro elemento de uma variável é o elemento de número 1. Isso vai contra algumas linguagens de programação, como o C, onde o primeiro elemento é o de número 0.
Indexação múltipla
Podemos também acessar mais de um elemento de vetores, passando um vetor como índice:
>> lin([1, 3])
ans =
1 3
>> col([1, 3])
ans =
5
7
Repare que a configuração dos elementos retornados (linha ou coluna) segue a configuração dos vetores originais. Para acessar mais de um elemento de uma matriz, passamos dois vetores, um com as linhas e o outro com as colunas:
>> mat([1, 2], [2, 4])
ans =
2 4
6 8
Uso do ":"
Tanto para matriz quanto para vetores, podemos usar o operador dois pontos para facilitar a sintaxe:
>> col(1:3)
ans =
5
6
7
>> mat(1:2, 2:4)
ans =
2 3 4
6 7 8
Neste caso, como a matriz mat tem apenas duas linhas, poderíamos substituir o 1:2 simplesmente pelos dois pontos:
>> mat(:, 2:4)
ans =
2 3 4
6 7 8
O comando end
Muitas vezes não sabemos o número total de elementos de um vetor ou de uma matriz, e queremos pegar todos os elementos a partir de uma determinada posição. Para isso há a facilidade do comando end, que indica que os dados da variável deverão ser tomados até o último elemento:
>> mat(:, 2:end)
ans =
2 3 4
6 7 8
Índice versus Subscrito
Ao ler os comandos acima, repare que há então formas diferentes de se indexar uma variável: um vetor recebe apenas um número, que indica o número do elemento, e uma matriz recebe dois números, que indica a linha e a coluna do elemento. Quando passamos apenas um número dizemos que estamos escolhendo os elementos pelo seu índice, e quando passamos dois ou mais números estamos escolhendo os elementos pelo seu subscrito. Esse é um fator de confusão no Matlab, pois podemos inverter as coisas e escolher elementos de um vetor via subscrito e elementos de uma matriz via índice:
>> lin(1,3)
ans =
3
>> col(2,1)
ans =
6
>> mat(4)
ans =
6
Assim, é selecionado o elemento da linha 1 e coluna 3 do vetor lin, o elemento da linha 2 e coluna 1 do vetor col. No caso da matriz, como o número de dimensões da variável é maior que o número de números passados, o Matlab entende que os elementos estão sendo selecionados via índice, e conta, coluna a coluna, os índices dos elementos até chegar o índice desejado. Como estamos selecionando o elemento 4 da matriz, o matlab passa os elementos mat(1) = 1, mat(2) = 5, mat(3) = 2 e para no mat(4) = 6. Isso pode ser visto ao selecionar os elementos de 1 a 4 da matriz:
>> mat(1:6)
ans =
1 5 2 6 3 7
Repare que o resultado da seleção dos elementos de 1 a 4 da matriz é um vetor linha com os valores de mat(1,1), mat(2,1), mat(1,2), mat(2,2), mat(1,3) e mat(2,3). Porém, ao usar a escolha pelo índice, podemos também receber um vetor coluna, desde que o vetor usado como índice seja um vetor coluna:
>> mat([1; 2; 3; 4; 5; 6])
ans =
1
5
2
6
3
7
Mais do que isso, podemos ter como resultado uma matriz:
>> mat([1 2; 3 4; 5 6])
ans =
1 5
2 6
3 7
ou mesmo ter, a partir de um vetor, uma matriz como resultado:
>> col([1 3; 2 4; 1 4; 2 3])
ans =
5 7
6 8
5 8
6 7
Classes de dados
No curso de nível básico, classes numéricas de dados foram estudados. Nesta etapa iremos conhecer outras classes existentes:
Char
Nos dados de tipo char estão compreendidos os caracteres textuais. Para indicar que uma variável é do tipo char, usamos aspas simples:
>> var1 = 'a' var1 = a
Da mesma forma que números, vetores de dados char podem ser criados:
>> var2 = ['a', 'b', 'c'] var2 = abc
Repare que um vetor de caracteres é uma string, e a sua criação pode ser feita diretamente, inclusive sem os colchetes:
>> var3 = 'ola amiguinhos!' var3 = ola amiguinhos!
Concatenação de caracteres e números
O Matlab faz uso da Tabela ASCII quando um número é concatenado à um dado da classe char:
>> var4 = ['a' 35] var4 = a#
Porém, é possível converter o número em um vetor char, não realizando a conversão. Para isso é usada a função num2str:
>> var5 = ['a' num2str(35)] var5 = a35
Cell
O problema
Muitas vezes, queremos criar listas de nomes, e a primeira opção que temos é usar strings:
>> lista1 = ['Jose Aparecido'; 'Maria Silveira'; 'Etevaldo Mario'] lista1 = Jose Aparecido Maria Silveira Etevaldo Mario
Este tipo de solução, porém, funciona apenas quando todas as strings tem o mesmo número de caracteres, pois em suma, o que estamos fazendo é uma matriz de dados do tipo char:
>> size(lista1)
ans =
3 14
Se tentarmos criar uma lista com strings de tamanhos diferentes, estamos criando uma matriz com número de elementos incompletos, sendo retornado um erro:
>> lista2 = ['mae'; 'pai'; 'filho'] Error using vertcat Dimensions of matrices being concatenated are not consistent.
A classe cell
Para resolver este e outros problemas, o Matlab disponibiliza uma classe de dados adicionais, a cell. O tipo cell é como um invólucro que armazena dados de outros tipos do Matlab. Sua criação é feita usando chaves ao invés de colchetes:
>> celula1 = {5}
celula1 =
[5]
>> celula2 = {'b'}
celula2 =
'b'
>> celula3 = {[1, 2, 3, 4, 5]}
celula3 =
[1x5 double]
>> celula4 = {'boa noite'}
celula4 =
'boa noite'
Repare que todas as variáveis criadas são do tipo cell, independente de estarem armazenando números ou letras:
>> whos celula1 celula2 celula3 celula4 Name Size Bytes Class Attributes celula1 1x1 120 cell celula2 1x1 114 cell celula3 1x1 152 cell celula4 1x1 130 cell
Além disso, todas as variáveis criadas tem o mesmo tamanho, 1x1. Porém, assim como qualquer outro tipo de dado do Matlab, vetores ou matrizes podem ser criados.
>> celula5 = {1, 2, 3, 4}
celula5 =
[1] [2] [3] [4]
>> celula6 = {'g'; 'y'; 'A'}
celula6 =
'g'
'y'
'A'
>> celula7 = {[1 2], [3; 4]}
celula7 =
[1x2 double] [2x1 double]
>> celula8 = {'oi', 'amigo'}
celula8 =
'oi' 'amigo'
>> whos celula5 celula6 celula7 celula8 Name Size Bytes Class Attributes celula5 1x4 480 cell celula6 3x1 342 cell celula7 1x2 256 cell celula8 1x2 238 cell
Um dado da classe cell pode agrupar dados de diferentes tamanhos e classes:
>> celula9 = {'Joao', 13, 'O+', [140, 35]; 'Maria', 15, 'A-', [135, 29]}
celula9 =
'Joao' [13] 'O+' [1x2 double]
'Maria' [15] 'A-' [1x2 double]
Structs
As cells permitem criar listas com tipos diferentes de dados e com diferentes tamanhos. Porém, é algumas vezes necessária a criação de listas mais elaboradas. Para isso, structs podem ser utilizadas. Para criar um dado do tipo struct, pode-se usar a função struct:
>> s1 = struct('Nome',[],'Idade',[],'Tipo',[],'Altura',[],'Peso',[])
s1 =
Nome: []
Idade: []
Tipo: []
Altura: []
Peso: []
Neste caso, uma struct com 5 campos foi criada, porém, nenhum valor foi atribuído à nenhum dos campos. Para adicionar valores, o operador ponto é utilizado:
>> s1.Nome = 'Joao'
s1 =
Nome: 'Joao'
Idade: []
Tipo: []
Altura: []
Peso: []
>> s1.Altura = 140
s1 =
Nome: 'Joao'
Idade: []
Tipo: []
Altura: 140
Peso: []
É possível atribuir valores já na criação da struct, bastando incluir no lugar dos colchetes. Além da função struct é possível criar variáveis desta classe dinamicamente, através do operador ponto:
>> s2.Marca = 'Volkswagen'
s2 =
Marca: 'Volkswagen'
>> s2.Modelo = 'Fusca'
s2 =
Marca: 'Volkswagen'
Modelo: 'Fusca'
>> s2.Ano = 1962
s2 =
Marca: 'Volkswagen'
Modelo: 'Fusca'
Ano: 1962
A criação de uma lista é feita a partir de um vetor de structs:
>> s2(2).Marca = 'FIAT';
>> s2(2).Modelo = '147';
>> s2(2).Ano = 1980
s2 =
1x2 struct array with fields:
Marca
Modelo
Ano
Funções
Argumento e retorno simples
Assim como a maioria das linguagens de programação o Matlab também permite a criação de funções. Com elas, evitamos a repetição de códigos numa simulação, contribuindo para a legibilidade e facilitando a alteração de funcionalidade. Para criar uma função criamos um arquivo com o nome pretendido e incluímos um cabeçalho que indica as suas características.
Por exemplo, arquivo soma1.m:
function y = soma1(x) y = x + 1; end
Este arquivo cria uma função que soma 1 à um número. Esse número é passado como argumento da função (x), e o resultado da soma é retornado através da variável y. O comando end ao fim do arquivo é neste caso opcional. Após salvar as alterações no arquivo, basta chamar a função pelo seu nome e lista de argumentos:
>> soma1(2)
ans =
3
>> soma1(5)
ans =
6
>> soma1(1998)
ans =
1999
Argumento e retorno múltiplo
Uma função também pode receber e retornar mais de um valor. Neste caso, o seu cabeçalho fica um pouco diferente:
function [soma, subt, mult, divs] = operacoes(x1, x2) soma = x1 + x2; subt = x1 - x2; mult = x1 * x2; divs = x1 / x2; end
Esta função recebe dois números (x1 e x2) e realiza 4 operações. Cada operação é retornada numa variável diferente. Um detalhe importante é que o acesso aos múltiplos retornos da função se dá apenas via atribuição à variáveis específicas. Do contrário, apenas a primeira variável (no caso, a soma) é retornada:
>> operacoes(1,2)
ans =
3
>> [soma, subt] = operacoes(1,2)
soma =
3
subt =
-1
>> [soma, subt, mult, divs] = operacoes(1,2)
soma =
3
subt =
-1
mult =
2
divs =
0.5000
Variáveis locais e globais
Todas as variáveis criadas dentro de uma função são visíveis apenas à ela. São variáveis locais. Da mesma forma, uma função acessa do workspace apenas as variáveis que lhe foram passadas como argumento. É possível estender o uso de uma variável do workspace para qualquer função, usando para isso o comando global. Após a execução do comando global var, a variável var poderá ser usada por qualquer função.
Funções inline
Uma forma rápida de criar funções simplificadas é através do comando inline:
>> f = inline('x + y','x','y')
f =
Inline function:
f(x,y) = x + y
No quadro acima, a função f(x,y), que calcula a soma da variável x com a variável y foi criada. A função é acessada a partir da variável ao qual ela foi atribuída (neste caso, f), e parâmetros são passados como uma função qualquer:
>> f(1,2)
ans =
3
Exceções
Ao desenvolver uma simulação, podem acontecer erros de indexação, divisões por zero, ou outros problemas. Em alguns desses casos, sabemos que esses erros vão acontecer, mas não há outra forma de desenvolver o programa. O seguinte bloco de código exemplifica isso:
>> var = 15:18
var =
15 16 17 18
>> for i = 1:6
x = var(i)
end
x =
15
x =
16
x =
17
x =
18
Attempted to access var(5); index out of bounds because numel(var)=4.
Repare que um erro foi retornado após o programa tentar acessar o 5º elemento de um vetor de tamanho 4.
Para casos como esse há no Matlab o tratamento de exceção, através dos comandos try e catch. Digamos no exemplo acima, a aplicação aceite que ao atingir o final da variável, atribuamos o valor 0 à variável x. Com o tratamento de exceção, isto seria resolvido da seguinte forma:
for i = 1:6
try
x = var(i)
catch
x = 0
end
end
O Matlab tenta acessar o elemento i da variável var para atribuir à variável x. Caso ele não consiga, ele executa o bloco de código catch, que atribui o valor 0 à variável x. O resultado deste código é:
x =
15
x =
16
x =
17
x =
18
x =
0
x =
0
Exercício
Objetivo geral
Desenvolver um programa que recebe uma lista de dados de alunos de uma escola e gera um relatório. Os dados estarão em forma de uma tabela, onde as colunas são: Matrícula, Nome, Idade, Curso, Turma, Turno, Situação.
Etapas
- A tabela de entrada estará em forma de uma matriz do tipo cell, construir uma função que converte a tabela cell num vetor struct com os campos correspondentes
- A geração do relatório deverá usar os dados na forma de struct
- dados.zip - Arquivo com os dados dos alunos, para carregamento no Matlab.