Matlab Para Ing. Civil

WINDOWS XP COLOSSUS EDITION 2 RELOADED

CURSO DE MATLAB

UNSCH – FIMGC - EFPIC | CARDENAS ALARCON, Max Junior

RESUMEN La siguiente guía que se presenta, está desarrollada para el ámbito de trabajo que nos ofrece el programa de MATLAB, en esta guía se definirán los comandos de programación, la programación y el uso adecuados de los scripts, así como también el uso de archivos M-File y por ultimo mencionaremos la programación utilizando la interfaz grafica del usuario GUIDE. El presente trabajo fue elaborado y editado para todos los estudiantes de ingeniería que ingresan en el mundo de la programación en MATLAB, siendo este software una herramienta indispensable para el ingeniero de la actualidad. La necesidad de elaborar programas que analicen casos específicos que se presentan en la vida profesional y estudiar los resultados en una manera optima, hacen que la programación en MATLAB nos resulte de gran ayuda. Esta guía se separo en 6 capítulos los cuales son: - En el 2° capítulo mencionaremos el entrono del programa MATLAB, definiremos los comandos y herramientas que presenta y sus aplicaciones. - En el 3° capitulo mencionaremos los comandos de programación de MATLAB (IF, FOR, WHILE, SWICHT), definiremos cada comando y su respectiva forma de utilización. - En el 4° capitulo mencionaremos la programación en Script, definiremos la forma de uso y la respectiva codificación para el desarrollo de los programas, en este capítulo se desarrollaran ejemplos. - En el 5° capitulo mencionaremos la programación en MATLAB usando los archivos M-File con la ejecución de ejemplos. - En el 6° capitulo mencionaremos la programación en MATLAB haciendo uso de la interfaz grafica de usuario GUIDE, en la cual se desarrollara y explicara los diferentes comandos y funciones que presenta este tipo de programación. El autor. i

INDICE 1. INTRODUCCIÓN A MATLAB

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1.1.EL PROGRAMA MATLAB 1.2.USO DEL HELP

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2. ENTORNO DE MATLAB 2.1. VARIABLES 2.2. FORMATOS NUMERICOS 2.3. FUNCIONES MATEMATICAS EN MATLAB 2.4. MATRICES Y ARREGLOS 2.4.1. DEFINICION DE AMTRICES DESDE EL TECLADO 2.4.2. OPERACIONES CON MATRICES 2.4.3. OPERADORES PARA RESOLVER SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES 2.4.4. OPERADORES ELEMENTO A ELEMENTO 2.4.5. TIPOS DE MATRICES PREDEFINIDAS 2.4.6. FORMACION DE UNA MATRIZ A PARTIR DE OTRAS 2.4.7. EL OPERADOR DOS PUNTOS 2.4.8. ACCESO A LOS ELEMENTOS DE UNA MATRIZ 3. COMANDOS DE PROGRAMACION EN MATLAB 3.1. COMANDO IF 3.2. COMANDO SWITCH 3.3. COMANDO FOR 3.4. COMANDO WHILE 3.5. COMANDO BREAK 3.6. EJEMPLOS DE LOS COMANDOS 3.6.1. COMANDO IF 3.6.2. COMANDO SWITCH 3.6.3. COMANDO FOR 3.6.4. COMANDO WHILE 3.7. EJEMPLO DE APLICACIÓN

5 5 5 6 8 8 10 11 13 14 15 16 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 24 25

4. PROGRAMACION EN SCRIPT

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4.1. SCRIPT 4.2. EJEMPLOS DE APLICACIÓN 4.2.1. EJEMPLO N°01 4.2.2. EJEMPLO N°02 4.2.3. EJEMPLO N°03 4.2.4. EJEMPLO N°04 4.2.5. EJEMPLO N°05

29 31 31 32 32 33 33 ii

5. PROGRAMACION EN M-FILE

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5.1. EJEMPLO DE APLICACION

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6. PROGRAMACION EN GUIDE

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6.1. PROPIEDAD DE LOS CONTROLES

6.1.1. STRING 6.1.2. TAG 6.2. CONTROLES DE LA INTERFAZ GRAFICA DEL USUARIO (GUIDE) 6.2.1. PUSH BUTTON 6.2.2. TOGGLE BUTTON 6.2.3. RADIO BUTTON 6.2.4. CHECKBOXES 6.2.5. EDIT TEXT 6.2.6. STATIC TEXT 6.2.7. SLIDERS 6.2.8. PANELS 6.2.9. LIST BOXES 6.2.10. POPUP MENUS 6.2.11. AXES 6.3. INSPECTOR DE PROPIEDADES 6.4. PROPIEDADES GENERALES DE LOS UICONTROL 6.5. ELABORACION DE UNA INTERFAZ GRAFICA 6.6. ELABORACION DE UN PROGRAMA-ANALISIS DE ARMADURAS 6.7. EJEMPLO DE UN PROGRAMA EN GUI 7. PRACTICAS DIRIGIDAS 7.1. PRACTICA N° 01: ANALISIS NUMERICO 7.2. PRACTICA N° 02: MATRICES Y ARREGLOS 7.3. PRACTICA N° 03: PROGRAMACION EN SCRIPT 7.4. PRACTICA N° 04: PROGRAMACION EN M-FILE 7.5. PRACTICA N° 05: PROGRAMACION EN GUIDE 8. ANEXOS 8.1. ANEXO A: RESUMEN DE FUNCIONES 8.2. ANEXO B: GUIA DE INSTALACION 9. REFERENCIAS

36 36 36 36 36 38 38 39 39 39 40 40 41 42 42 43 44 47 50 70 84 84 85 86 87 89 92 92 96 115

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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO I

INTRODUCCION A MATLAB

1. CAPITULO I : INTRODUCCIÓN A MATLAB 1.1. EL PROGRAMA MATLAB MATLAB es el nombre abreviado de “MATrix LABoratory”. MATLAB es un programa para realizar cálculos numéricos con vectores y matrices. Como caso particular puede también trabajar con números escalares tanto reales como complejos, con cadenas de caracteres y con otras estructuras de información más complejas. Una de las capacidades más atractivas es la de realizar una amplia variedad de gráficos en dos y tres dimensiones. MATLAB es un gran programa de cálculo técnico y científico. Para ciertas operaciones es muy rápido, cuando puede ejecutar sus funciones en código nativo con los tamaños más adecuados para aprovechar sus capacidades de vectorización. En otras aplicaciones resulta bastante más lento que el código equivalente desarrollado en C/C++ o Fortran. En la versión 6.5, MATLAB incorporó un acelerador JIT (Just In Time), que mejoraba significativamente la velocidad de ejecución de los ficheros *.m en ciertas circunstancias, por ejemplo cuando no se hacen llamadas a otros ficheros *.m, no se utilizan estructuras y clases, etc. Aunque limitado en ese momento, cuando era aplicable mejoraba sensiblemente la velocidad, haciendo innecesarias ciertas técnicas utilizadas en versiones anteriores como la vectorización de los algoritmos. En cualquier caso, el lenguaje de programación de MATLAB siempre es una magnífica herramienta de alto nivel para desarrollar aplicaciones técnicas, fácil de utilizar y que, como ya se ha dicho, aumenta significativamente la productividad de los programadores respecto a otros entornos de desarrollo. MATLAB dispone de un código básico y de varias librerías especializadas (toolboxes). En estos apuntes se hará referencia exclusiva al código básico. MATLAB se puede arrancar como cualquier otra aplicación de Windows, clicando dos veces en el icono correspondiente en el escritorio o por medio del menú Inicio). Al arrancar MATLAB se abre una ventana similar a la mostrada en la Figura 1. Ésta es la vista que se obtiene eligiendo la opción Desktop/Desktop Layout/Default. Esta ventana inicial requiere unas primeras explicaciones. VENTANA DE COMANDOS

DIRECTORIO

ESPACIO DE TRABAJO

HISTORIAL DE COMANDOS Figura 1.1. Ventana inicial de MATLAB 7.7.0. (R2008b)

CARDENAS ALARCON, Max Junior

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1.2. USO DEL HELP MATLAB 7.0 dispone de un excelente Help con el que se puede encontrar la información que se desee. La Figura 5 muestra las distintas opciones que aparecen en el menú Help de la ventana principal de la aplicación: Full Product Family Help, Se abre la ventana de la Figura 8, en la que se puede buscar información general sobre MATLAB o sobre otros productos de la familia a los que se tenga acceso. La forma de la ventana de ayuda es típica y común con otros niveles de ayuda. La mayor parte de las páginas de ayuda están en formato HTML.

Figura 1.2. Algunas páginas web sobre MATLAB.

MATLAB Help. Se abre la ventana de la Figura 9, en la que se puede buscar ayuda general sobre MATLAB o sobre la función o el concepto que se desee. La portada de esta ayuda tiene tres capítulos principales: Functions, que contiene información de referencia sobre las funciones por orden alfabético o por categorías. Handle Graphics, que permite acceder a información concreta sobre las distintas propiedades de los objetos gráficos. Documentation Set, que da acceso a versiones completas de los manuales del programa en formato de pantalla fácilmente navegable (con apartados de Getting Started, User Guides, Programming Tips y Examples in Documentation). Product Demos (con una colección de jemplos programados que se pueden ejecutar y cuyo código se puede examinar para ver cómo están programados). What's New (con las novedades de esta versión respecto a la anterior). Printing the Documentation Set (que permite abrir documentos PDF (Portable Document Format), que se corrresponden con las versiones en papel de los manuales del programa, y que precisan del programa Adobe Acrobat Reader 5.0 o superior.) y un apartado final sobre The MathWorks Web Site Resources (que permite acceder a una amplísima colección de informaciones adicionales disponibles en la web de la empresa que ha desarrollado MATLAB). CARDENAS ALARCON, Max Junior

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En la parte izquierda de la ventana, cuando está seleccionada la pestaña Contents, aparece un índice temático estructurado en forma de árbol que puede ser desplegado y recorrido con gran facilidad. Las restantes pestañas de esta ventana dan acceso a un índice por palabras (Index), a un formulario de búsqueda (Search) y a la colección de ejemplos ya programados antes citadas (Demos).

Figura 1.3. Demos disponibles en MATLAB.

Using the Desktop. Se abre una ventana de ayuda con un formato similar a las de las Figuras anteriores con información detallada sobre cómo utilizar y configurar el entorno de desarrollo o Desktop. Las distintas herramientas disponibles se describen sucesivamente. Cada página dispone de flechas y enlaces que permiten ir a la página siguiente o volver a la anterior. Es posible también imprimir aquellas páginas que se deseee consultar o archivar sobre papel. Una característica muy importante es la posibilidad de organizar las ventanas con gran flexibilidad, agrupándolas o independizándoles según los propios gustos o deseos. Using the Command Window. Esta opción del menú Help da acceso a la información necesaria para aprovechar las capacidades de la Command Window, que es el corazón de MATLAB. Web Resources. La ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. muestra algunas direcciones de Internet con información interesante sobre MATLAB. Todas ellas corresponden a distintas secciones de la web de The Mathworks (la empresa que desarrolla y comercializa MATLAB), cuya página de inicio se muestra en primer lugar. Check for Updates. MATLAB se conecta con The Mathworks y comprueba si has versiones más recientes de los productos instalados. Si se es un usuario registrado, es posible descargar las versiones más actuales. Demos. Se abre una ventana como la mostrada en la Figura 7 que da acceso a un buen número de ejemplos resueltos con MATLAB, cuyos


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resultados se presentan gráficamente de diversas formas. Es muy interesante recorrer estos ejemplos para hacerse idea de las posibilidades del programa, tanto en cálculo como en gráficos. Es asimismo muy instructivo analizar los ficheros *.m de los ejemplos de características similares a las de la aplicación de se desea desarrollar. Además, de una forma muy inmediata, es posible también recurrir al Help desde la línea de comandos de la Command Window. Se aconseja practicar un poco al respecto. Por ejemplo, obsérvese la respuesta a los siguientes usos del comando help: >> help >> help lang

El comando helpwin seguido de un nombre de comando o de función muestra la información correspondiente a ese comando en la ventana Help (ver Figura 8). En la parte superior de la ventana que se abre se muestra un enlace View code for …, que permite acceder al código fuente si está disponible; con la opción Go to online doc for ... se accede a una información más completa que puede incluir ejemplos y comandos similares sobre los que también se ofrece ayuda. En la parte inferior de la página aparece una lista de enlaces See Also a funciones relacionadas. El comando doc tecleado en la línea de comandos equivale a Help/Full Product Family Help; si va seguido de un nombre de comando o función se muestra la información detallada correspondiente a ese comando de modo similar a Go to online doc for ... en el párrafo anterior. En resumen, MATLAB dispone de una ayuda muy completa y accesible, estructurada en varios niveles (línea de comandos en la Command Window, ventana Help, y manuales en formato PDF), con la que es muy importante estar familiarizado, porque hasta los más expertos programadores tienen que acudir a ella con una cierta frecuencia.

Figura 1.4. Ventana inicial de Help Full Product Family.


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO II

ENTORNO DE MATLAB

2. CAPITULO II : ENTORNO DE MATLAB 2.1. VARIABLES El nombre que se declare a las variables en MATLAB a si como en otros lenguajes de programación debe tener ciertas reglas, las cuales son: - No pueden comenzar con un número, aunque si pueden tener números en su estructura »variable1=12 - Las mayúsculas y las minúsculas se diferencian en los nombres de las variables, las variables A y a son distintas. »A=10 »a=12 - Los nombres de las variables no pueden contener operadores y puntos. No es válido usar / * + . ; : ^ Para el uso de una variable no es necesario declarar sus nombres, en al siguiente tabla se presenta las variables predefinidas que posee MATLAB Cuadro 2.1. Variables predefinidas por MATLAB NOMBRE DE LA VARIABLE SIGNIFICADO π pi iyj inf 1.0000e-006 eps No es número NaM realmin Menor número realmax Mayor número

2.2. FORMATOS NUMERICOS A continuación se presentan los diferentes tipos de formatos que usa MATLA en la visualización de sus variables. Format.- Modifica el formato numérico de las variables desplegables por MATLAB, donde la función afecta sólo como son los números exhibidos, no cómo los computarizados. Cuadro 2.2. Formatos numéricos en MATLAB

NUMERO format short format short e format short g format long format long e format long g format bank format rat

»x = [4/3 »x = [1.3333 »x = [1.3333e+000 »x = [1.3333 »x = [1.33333333333333 »x = [1.33333333333333e+000 »x = [1.333333333333 »x = [1.33 »x = [4/3


1.2345e-6] 0.0000] 1.2345e-006] 1.2345e-006] 0.00000123450000] 1.234500000000000e-006] 1.2345e-006] 0.00] 1/810045]

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ENTORNO DE MATLAB

2.3. FUNCIONES MATEMATICAS EN MATLAB MATLAB ofrece un sin número de funciones las que aceptan como argumento variables reales y/o complejas sin discriminación, a si como con argumentos matriciales.  FUNCIONES TRIGONOMETRICAS Se debe tener en cuenta que las funciones trigonométricas que nos proporciona MATLAB se encuentran en las unidades de los radianes si queremos obtener la razón trigonométricas de un ángulo en grados sexagesimales demos utilizar el comando sind(x). Cuadro 2.3. Funciones trigonométricas en MATLAB

FUNCION sin(x) sind(x) asin(x) asind(x) sinh(x) asinh(x) cos(x) cosd(x) acos(x) acosd(x) cosh(x) acosh(x) tan(x) tand(x) atan(x) atand(x) tanh(x) atanh(x) cot(x) sec(x) csc(x)

DESCRIPCION Seno de x en radianes Seno de x en grados sexagesimales Arcoseno de x en radianes Arcoseno de x en grados sexagesimales Seno hiperbólico de x Arcoseno hiperbólico de x Coseno de x en radianes Coseno de x en grados sexagesimales Arcocoseno de x en radianes Arcocoseno de x en grados sexagesimales Coseno hiperbólico de x Arcocoseno hiperbólico de x Tangente de x en radianes Tangente de x en grados sexagesimales Arcotangente de x en radianes Arcotangente de x en grados sexagesimales Tangente hiperbólico de x Arcotangente hiperbólico de x Cotangente de x Secante de x Cosecante de x

Ejemplo: »x = [1, 2, 3; 9, 8, 7; 4, 5, 6]; »sin(x) Nos devuelve como resultado

»asin(x)


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ENTORNO DE MATLAB

 FUNCIONES QUE REALIZAN TAREAS Cuadro 2.4. Funciones que realiza tareas en MATLAB

FUNCION abs(x) sqrt(x) real(x) imag(x) sign(x) exp(x) log(x) log10(x) log2(x) min(x) max(x) sort(x) sum(x) num2str(x) str2double(x)

DESCRIPCION Valor absoluto de x Raíz cuadrada de x Parte real del número complejo x Parte imaginaria del número complejo x Función signo de x Logaritmo natural de x Logaritmo decimal de x Logaritmo en base 2 de x Devuelve el valor mínimo de un arreglo x Devuelve el valor máximo de un arreglo x Ordenas los elemento de un arreglo en forma ascendente Calcula la suma de todos los elementos de un arreglo x Convierte en cadena el número x Convierte en número real la cadena x

Ejemplo: » x = [-3 4 -11 0]; »abs(x) 3 4 11 0  FUNCIONES REALES Cuadro 2.5. Funciones reales en MATLAB

FUNCION eval(x) fplot(f,[a,b]) fzero(f,a) trapz(x,f)

DESCRIPCION Evalúa una función en los valores de x Grafica la función en el intervalo [a,b] Calcula la raíz de la función f, partiendo del valor a Calcula el área de la región plana limitada por f en el intervalo [a,b], donde a es el primer valor de x y b el último valor de x, x debe ser una variable con múltiples valores ordenados en orden creciente

Ejemplo: »nombre_f = ´3*x.^2-5´; »x = [1 2 4] »eval(nombre_f) -2 7 43 »z = fzero(nombre_f,2); 1.2910


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ENTORNO DE MATLAB

2.4. MATRICES Y ARREGLOS Ya se ha comentado que MATLAB es fundamentalmente un programa para cálculo matricial. Inicialmente se utilizará MATLAB como programa interactivo, en el que se irán definiendo las matrices, los vectores y las expresiones que los combinan y obteniendo los resultados sobre la marcha. Si estos resultados son asignados a otras variables podrán ser utilizados posteriormente en otras expresiones. En este sentido MATLAB sería como una potente calculadora matricial (en realidad es esto y mucho más...). Antes de tratar de hacer cálculos complicados, la primera tarea será aprender a introducir matrices y vectores desde el teclado. Más adelante se verán otras formas más potentes de definir matrices y vectores. 2.4.1. DEFINICION DE MATRICES DESDE EL TECLADO Como en casi todos los lenguajes de programación, en MATLAB las matrices y vectores son variables que tienen nombres. Ya se verá luego con más detalle las reglas que deben cumplir estos nombres. Por el momento se sugiere que se utilicen letras mayúsculas para matrices y letras minúsculas para vectores y escalares (MATLAB no exige esto, pero puede resultar útil). Para definir una matriz no hace falta declararlas o establecer de antemano su tamaño (de hecho, se puede definir un tamaño y cambiarlo posteriormente). MATLAB determina el número de filas y de columnas en función del número de elementos que se proporcionan (o se utilizan). Las matrices se definen o introducen por filas6; los elementos de una misma fila están separados por blancos o comas, mientras que las filas están separadas por pulsaciones intro o por caracteres punto y coma (;). Por ejemplo, el siguiente comando define una matriz A de dimensión (3×3): >> A=[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9] La respuesta del programa es la siguiente: A= 123 456 789 A partir de este momento la matriz A está disponible para hacer cualquier tipo de operación con ella (además de valores numéricos, en la definición de una matriz o vector se pueden utilizar expresiones y funciones matemáticas). Por ejemplo, una sencilla operación con A es hallar su matriz traspuesta. En MATLAB el apóstrofo (') es el símbolo de transposición matricial. Para calcular A' (traspuesta de A) basta teclear lo siguiente (se añade a continuación la respuesta del programa): >> A' ans = 147 258 369 Como el resultado de la operación no ha sido asignado a ninguna otra matriz, MATLAB utiliza un nombre de variable por defecto (ans, de answer), que contiene el resultado de la última operación. La variable ans puede ser utilizada como operando en la siguiente expresión que se introduzca.


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ENTORNO DE MATLAB

>> B=A' B= 147 258 369 Ahora ya están definidas las matrices A y B, y es posible seguir operando con ellas. Por ejemplo, se puede hacer el producto B*A (deberá resultar una matriz simétrica): >> B*A ans = 66 78 90 78 93 108 90 108 126 En MATLAB se accede a los elementos de un vector poniendo el índice entre paréntesis (por ejemplo x(3) ó x(i)). Los elementos de las matrices se acceden poniendo los dos índices entre paréntesis, separados por una coma (por ejemplo A(1,2) ó A(i,j)). Las matrices se almacenan por columnas (aunque se introduzcan por filas, como se ha dicho antes), y teniendo en cuenta esto puede accederse a cualquier elemento de una matriz con un sólo subíndice. Por ejemplo, si A es una matriz (3×3) se obtiene el mismo valor escribiendo A(1,2) que escribiendo A(4). Invertir una matriz es casi tan fácil como trasponerla. A continuación se va a definir una nueva matriz A -no singular- en la forma: >> A=[1 4 -3; 2 1 5; -2 5 3] A= 1 4 -3 2 1 5 -2 5 3 Ahora se va a calcular la inversa de A y el resultado se asignará a B. Para ello basta hacer uso de la función inv( ) (la precisión o número de cifras con que se muestra el resultado se puede cambiar con el menú File/Preferences/General): >> B=inv(A) B= 0.1803 0.2213 -0.1885 0.1311 0.0246 0.0902 -0.0984 0.1066 0.0574 Para comprobar que este resultado es correcto basta pre-multiplicar A por B; >> B*A ans = 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 De forma análoga a las matrices, es posible definir un vector fila x en la forma siguiente (si los tres números están separados por blancos o comas, el resultado será un vector fila): CARDENAS ALARCON, Max Junior

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ENTORNO DE MATLAB

>> x=[10 20 30] % vector fila x= 10 20 30 Por el contrario, si los números están separados por intros o puntos y coma (;) se obtendrá un vector columna: >> y=[11; 12; 13] % vector columna y= 11 12 13 MATLAB tiene en cuenta la diferencia entre vectores fila y vectores columna. Por ejemplo, si se intenta sumar los vectores x e y se obtendrá el siguiente mensaje de error: >> x+y ??? Error using ==> + Matrix dimensions must agree. Estas dificultades desaparecen si se suma x con el vector transpuesto de y: >> x+y' ans = 21 32 43 MATLAB considera vectores fila por defecto, como se ve en el ejemplo siguiente: >> x(1)=1, x(2)=2 x= 1 x= 12

2.4.2. OPERACIONES CON MATRICES  OPERADORES ARITMÉTICOS MATLAB puede operar con matrices por medio de operadores y por medio de funciones. Se han visto ya los operadores suma (+), producto (*) y traspuesta ('), así como la función invertir inv( ). Los operadores matriciales de MATLAB son: Cuadro 2.6. Operadores aritméticos matriciales en MATLAB

OPERADOR + * ‘ ^ \

DESCRIPCION Adición o suma Sustracción o resta Multiplicación Traspuesta Potenciación División-izquierda


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/ .* ./ y .\ .^

ENTORNO DE MATLAB

División-derecha Producto elemento a elemento División elemento a elemento Elevar a una potencia elemento a elemento

Estos operadores se aplican también a las variables o valores escalares, aunque con algunas diferencias. Todos estos operadores son coherentes con las correspondientes operaciones matriciales: no se puede por ejemplo sumar matrices que no sean del mismo tamaño. Si los operadores no se usan de modo correcto se obtiene un mensaje de error. Los operadores anteriores se pueden aplicar también de modo mixto, es decir con un operando escalar y otro matricial. En este caso la operación con el escalar se aplica a cada uno de los elementos de la matriz. Considérese el siguiente ejemplo: >> A=[1 2; 3 4] A= 12 34 >> A*2 ans = 24 68 >> A-4 ans = -3 -2 -1 0 MATLAB utiliza el operador de división / para dividir por un escalar todos los elementos de una matriz o un vector. Esto no constituye ninguna sorpresa. Sin embargo, el uso que se describe a continuación sí requiere más atención.

2.4.3. OPERADORES PARA RESOLVER SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES MATLAB utiliza los operadores de división para la resolución de sistemas de ecuaciones lineales. Por su gran importancia, estos operadores requieren una explicación detenida. Considérese el siguiente sistema de ecuaciones lineales. Ax = b

[2.1]

Donde x y b son ectores columna, y A una matriz cuadrada invertible. La resolución de este sistema de ecuaciones se puede escribir en las 2 formas siguientes (¡Atención a la 2ª forma, basada en la barra invertida (\), que puede resultar un poco extraña!): x = inv(A)*b x = A\b


[2.2] [2.3]

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ENTORNO DE MATLAB

Así pues, el operador división-izquierda por una matriz (barra invertida \) equivale a pre-multiplicar por la inversa de esa matriz. En realidad este operador es más general y más inteligente de lo que aparece en el ejemplo anterior: el operador división-izquierda es aplicable aunque la matriz no tenga inversa e incluso no sea cuadrada, en cuyo caso la solución que se obtiene (por lo general) es la que proporciona el método de los mínimos cuadrados. Cuando la matriz es triangular o simétrica aprovecha esta circunstancia para reducir el número de operaciones aritméticas. En algunos casos se obtiene una solución con no más de r elementos distintos de cero, siendo r el rango de la matriz. Esto puede estar basado en que la matriz se reduce a forma de escalón y se resuelve el sistema dando valor cero a las variables libres o independientes. Por ejemplo, considérese el siguiente ejemplo de matriz (1×2) que conduce a un sistema de infinitas soluciones: >> A=[1 2], b=[2] A= 12 b= 2 >> x=A\b x= 0 1 Que es la solución obtenida dando valor cero a la variable independiente x(1). Por otra parte, en el caso de un sistema de ecuaciones redundante (o sobre-determinado) el resultado de MATLAB es el punto más “cercano” -en el sentido de mínima norma del error- a las ecuaciones dadas (aunque no cumpla exactamente ninguna de ellas). Véase el siguiente ejemplo de tres ecuaciones formadas por una recta que no pasa por el origen y los dos ejes de coordenadas: >> A=[1 2; 1 0; 0 1], b=[2 0 0]' A= 12 10 01 b= 2 0 0 >> x=A\b, resto=A*x-b x= 0.3333 0.6667 resto = -0.3333 0.3333 0.6667 Si la matriz es singular o está muy mal escalada, el operador \ da un aviso (warning), pero proporciona una solución. La “inteligencia” del operador barra invertida \ tiene un


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ENTORNO DE MATLAB

coste: MATLAB debe de emplear cierto tiempo en determinar las características de la matriz: triangular, simétrica, etc. Si el usuario conoce perfectamente y con seguridad las características de la matriz del sistema, lo mejor es utilizar la función linsolve, que no realiza ninguna comprobación y puede obtener la máxima eficiencia. Aunque no es una forma demasiado habitual, también se puede escribir un sistema de ecuaciones lineales en la forma correspondiente a la traspuesta de la ecuación [2.1]: yB = c

[2.4]

Donde y y c son vectores fila (c conocido). Si la matriz B es cuadrada e invertible, la solución de este sistema se puede escribir en las formas siguientes: y = c*inv(B) y = c/B

[2.5] [2.6]

En este caso, el operador división-derecha por una matriz (/) equivale a pos multiplicar por la inversa de la matriz. Si se traspone la ecuación [2.4] y se halla la solución aplicando el operador división izquierda se obtiene: y' = (B')\c'

[2.7]

Comparando las expresiones [2.6] y [2.7] se obtiene la relación entre los operadores división-izquierda y división-derecha (MATLAB sólo tiene implementado el operador división-izquierda): c/B = ((B')\c')'

[2.8]

2.4.4. OPERADORES ELEMENTO A ELEMENTO En MATLAB existe también la posibilidad de aplicar elemento a elemento los operadores matriciales (*, ^, \ y /). Para ello basta precederlos por un punto (.). Por ejemplo: >> [1 2 3 4]^2 ??? Error using ==> ^ Matrix must be square. >> [1 2 3 4].^2 ans = 1 4 9 16 >> [1 2 3 4]*[1 -1 1 -1] ??? Error using ==> * Inner matrix dimensions must agree. >> [1 2 3 4].*[1 -1 1 -1] ans = 1 -2 3 -4


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ENTORNO DE MATLAB

2.4.5. TIPOS DE MATRICES PREDEFINIDAS Existen en MATLAB varias funciones orientadas a definir con gran facilidad matrices de tipos particulares. Algunas de estas funciones son las siguientes: Cuadro 2.7. Tipos de matrices en MATLAB

FUNCION eye(4) zeros(3,5) zeros(4) ones(3) ones(2,4) linspace(x1,x2,n)

DESCRIPCION forma la matriz unidad de tamaño (4×4) forma una matriz de ceros de tamaño (3×5) ídem de tamaño (4×4) forma una matriz de unos de tamaño (3×3) idem de tamaño (2×4) genera un vector con n valores igualmente espaciados entre x1 y x2 logspace(d1,d2,n) genera un vector con n valores espaciados logarítmicamente entre 10^d1 y 10^d2. Si d2 es pi9, los puntos se generan entre 10^d1 y pi forma una matriz de números aleatorios entre 0 y 1, rand(3) con distribución uniforme, de tamaño (3×3) idem de tamaño (2×5) rand(2,5) forma una matriz de números aleatorios de tamaño randn(4) (4×4), con distribución normal, de valor medio 0 y varianza 1. crea una matriz (4×4) con los números 1, 2, ... 4*4, magic(4) con la propiedad de que todas las filas y columnas suman lo mismo crea una matriz de Hilbert de tamaño (5×5). La hilb(5) matriz de Hilbert es una matriz cuyos elementos (i,j) responden a la expresión (1/(i+j-1)). Esta es una matriz especialmente difícil de manejar por los grandes errores numéricos a los que conduce crea directamente la inversa de la matriz de Hilbert invhilb(5) produce una matriz con todos los productos de los kron(x,y) elementos del vector x por los elementos del vector y. Equivalente a x'*y, donde x e y son vectores fila construye una matriz cuyo polinomio característico compan(pol) tiene como coeficientes los elementos del vector pol (ordenados de mayor grado a menor) construye la matriz de Vandermonde a partir del vander(v) vector v (las columnas son las potencias de los elementos de dicho vector) Existen otras funciones para crear matrices de tipos particulares. Con Help/Matlab Help se puede obtener información sobre todas las funciones disponibles en MATLAB, que aparecen agrupadas por categorías o por orden alfabético. En la categoría Mathematics aparecen la mayor parte de las funciones estudiadas en este apartado.


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ENTORNO DE MATLAB

2.4.6. FORMACION DE UNA MATRIZ APARTIR DE OTRAS MATLAB ofrece también la posibilidad de crear una matriz a partir de matrices previas ya definidas, por varios posibles caminos: – recibiendo alguna de sus propiedades (como por ejemplo el tamaño), – por composición de varias submatrices más pequeñas, – modificándola de alguna forma. A continuación se describen algunas de las funciones que crean una nueva matriz a partir de otra o de otras, comenzando por dos funciones auxiliares: Cuadro 2.8. Comandos de formación de matrices en MATLAB

FUNCION

DESCRIPCION

[m,n]=size(A)

Devuelve el número de filas y de columnas de la matriz A. Si la matriz es cuadrada basta recoger el primer valor de retorno Calcula el número de elementos de un vector x Forma una matriz de ceros del mismo tamaño que una matriz A previamente creada Ídem con unos Forma una matriz diagonal A cuyos elementos diagonales son los elementos de un vector ya existente x Forma un vector x a partir de los elementos de la diagonal de una matriz ya existente A Crea una matriz diagonal a partir de la diagonal de la matriz A Crea una matriz diagonal de submatrices a partir de las matrices que se le pasan como argumentos Forma una matriz triangular superior a partir de una matriz A (no tiene por qué ser cuadrada). Con un segundo argumento puede controlarse que se mantengan o eliminen más diagonales por encima o debajo de la diagonal principal. Ídem con una matriz triangular inferior Gira k*90 grados la matriz rectangular A en sentido antihorario. K es un entero que puede ser negativo. Si se omite, se supone k=1 Halla la matriz simétrica de A respecto de un eje horizontal Halla la matriz simétrica de A respecto de un eje vertical Cambia el tamaño de la matriz A devolviendo una matriz de tamaño m×n cuyas columnas se obtienen a partir de un vector formado por las columnasde A puestas una a ontinuación de otra. Si la matriz A tiene menos de m×n elementos se produce un error.

n=length(x) zeros(size(A)) ones(size(A)) A=diag(x) x=diag(A) diag(diag(A)) blkdiag(A,B) triu(A)

tril(A) rot90(A,k)

flipud(A) fliplr(A) reshape(A,m,n)


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ENTORNO DE MATLAB

2.4.7. EL OPERADOR DOS PUNTOS Este operador es muy importante en MATLAB y puede usarse de varias formas. Se sugiere al lector que practique mucho sobre los ejemplos contenidos en este apartado, introduciendo todas las modificaciones que se le ocurran y haciendo pruebas abundantes (¡Probar es la mejor forma de aprender!). Para empezar, defínase un vector x con el siguiente comando: >> x=1:10 x= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 En cierta forma se podría decir que el operador (:) representa un rango: en este caso, los números enteros entre el 1 y el 10. Por defecto el incremento es 1, pero este operador puede también utilizarse con otros valores enteros y reales, positivos o negativos. En este caso el incremento va entre el valor inferior y el superior, en las formas que se muestran a continuación: >> x=1:2:10 x= 13579 >> x=1:1.5:10 x= 1.0000 2.5000 4.0000 5.5000 7.0000 8.5000 10.0000 >> x=10:-1:1 x= 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Puede verse que, por defecto, este operador produce vectores fila. Si se desea obtener un vector columna basta trasponer el resultado. El siguiente ejemplo genera una tabla de funciones seno y coseno. Ejecútese y obsérvese el resultado (recuérdese que con (;) después de un comando el resultado no aparece en pantalla). >> x=[0.0:pi/50:2*pi]'; >> y=sin(x); z=cos(x); >> [x y z] El operador dos puntos (:) es aún más útil y potente –y también más complicado– con matrices. A continuación se va a definir una matriz A de tamaño 6×6 y después se realizarán diversas operaciones sobre ella con el operador (:). >> A=magic(6) A= 35 1 6 3 32 7 31 9 2 8 28 33 30 5 34 4 36 29

26 21 22 17 12 13

19 23 27 10 14 18


24 25 20 15 16 11

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ENTORNO DE MATLAB

Recuérdese que MATLAB accede a los elementos de una matriz por medio de los índices de fila y de columna encerrados entre paréntesis y separados por una coma. Por ejemplo: >> A(2,3) ans = 7 El siguiente comando extrae los 4 primeros elementos de la 6ª fila: >> A(6, 1:4) ans = 4 36 29 13 Los dos puntos aislados representan "todos los elementos". Por ejemplo, el siguiente comando extrae todos los elementos de la 3ª fila: >> A(3, :) ans = 31 9 2 22 27 20 Para acceder a la última fila o columna puede utilizarse la palabra end, en lugar del número correspondiente. Por ejemplo, para extraer la sexta fila (la última) de la matriz: >> A(end, :) ans = 4 36 29 13 18 11 El siguiente comando extrae todos los elementos de las filas 3, 4 y 5: >> A(3:5,:) ans = 31 9 2 22 27 20 8 28 33 17 10 15 30 5 34 12 14 16 Se pueden extraer conjuntos disjuntos de filas utilizando corchetes [ ]. Por ejemplo, el siguientecomando extrae las filas 1, 2 y 5: >> A([1 2 5],:) ans = 35 1 6 26 19 24 3 32 7 21 23 25 30 5 34 12 14 16 En los ejemplos anteriores se han extraído filas y no columnas por motivos del espacio ocupado por el resultado en la hoja de papel. Es evidente que todo lo que se dice para filas vale para columnas y viceversa: basta cambiar el orden de los índices.


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ENTORNO DE MATLAB

El operador dos puntos (:) puede utilizarse en ambos lados del operador (=). Por ejemplo, a continuación se va a definir una matriz identidad B de tamaño 6×6 y se van a reemplazar filas de B por filas de A. Obsérvese que la siguiente secuencia de comandos sustituye las filas 2, 4 y 5 de B por las filas 1, 2 y 3 de A, >> B=eye(size(A)); >> B([2 4 5],:)=A(1:3,:) B= 1 0 0 0 35 1 6 26 0 0 1 0 3 32 7 21 31 9 2 22 0 0 0 0

0 19 0 23 27 0

0 24 0 25 20 1

Se pueden realizar operaciones aún más complicadas, tales como la siguiente10: >> B=eye(size(A)); >> B(1:2,:)=[0 1; 1 0]*B(1:2,:) Como nuevo ejemplo, se va a ver la forma de invertir el orden de los elementos de un vector: >> x=rand(1,5) x= 0.9103 0.7622 0.2625 0.0475 0.7361 >> x=x(5:-1:1) x= 0.7361 0.0475 0.2625 0.7622 0.9103 Obsérvese que por haber utilizado paréntesis en vez de corchetes– los valores generados por el operador (:) afectan a los índices del vector y no al valor de sus elementos. Para invertir el orden de las columnas de una matriz se puede hacer lo siguiente: >> A=magic(3) A= 816 357 492 >> A(:,3:-1:1) ans = 618 753 294 Aunque hubiera sido más fácil utilizar la función fliplr(A), que es específica para ello. Finalmente, hay que decir que A(:) representa un vector columna con las columnas de A una detrás de otra.


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ENTORNO DE MATLAB

2.4.8. ACCESO A LOS ELEMENTOS DE UNA MATRIZ • Matlab utiliza los paréntisis para acceder a elementos de la matriz • Los subíndices empiezan en 1, por lo tanto el primer elemento es a(1,1) Ejemplo: »a(3,5)=56.8;

• Se pueden utilizar vectores para definir índices Ejemplo: »a(2:3,1:4)=zeros(2,4); O bien: »a(2:3,1:4)=0;

• Se pueden utilizar vectores para definir índices Ejemplo: »a([2,3],[2,4])=ones(2,2); O bien: »a([2,3],[2,4])=0; • El operador ':' se utiliza para indicar "todos los elementos"


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO III

COMANDOS DE PROGRAMACION EN MATLAB

3. CAPITULO III: COMANDOS DE PROGRAMACION EN MATLAB Como ya se ha dicho varias veces incluso con algún ejemplo MATLAB es una aplicación que se puede programar muy fácilmente. De todas formas, como lenguaje de programación pronto verá que no tiene tantas posibilidades como otros lenguajes (ni tan complicadas...). Se comenzará viendo las bifurcaciones y bucles, y la lectura y escritura interactiva de variables, que son los elementos básicos de cualquier programa de una cierta complejidad.

3.1. COMANDO IF En su forma más simple, la sentencia if se escribe en la forma siguiente (obsérvese que –a diferencia de C/C++/Java– la condición no va entre paréntesis, aunque se pueden poner si se desea):

if condición Sentencias

end Existe también la bifurcación múltiple, en la que pueden concatenarse tantas condiciones como se desee, y que tiene la forma:

if condicion1 bloque1 elseif condicion2 bloque2 elseif condicion3 bloque3 else % opción por defecto para cuando no se cumplan las condiciones 1,2,3 bloque4

end Donde la opción por defecto else puede ser omitida: si no está presente no se hace nada en caso de que no se cumpla ninguna de las condiciones que se han chequeado. Una observación muy importante: la condición del if puede ser una condición matricial, del tipo A==B, donde A y B son matrices del mismo tamaño. Para que se considere que la condición se cumple, es necesario que sean iguales dos a dos todos los elementos de las matrices A y B (aij=bij, 1≤i≤m, 1≤j≤n). Basta que haya dos elementos aij y bij diferentes para que las matrices ya no sean iguales, y por tanto las sentencias del if no se ejecuten. Análogamente, una condición en la forma A~=B exige que todos los elementos sean diferentes dos a dos (aij≠bij, 1≤i≤m, 1≤j≤n). Bastaría que hubiera dos elementos aij y bij iguales para que la condición no se cumpliese. En resumen: if A==B exige que todos los elementos sean iguales dos a dos if A~=B exige que todos los elementos sean diferentes dos a dos Como se ha dicho, MATLAB dispone de funciones especiales para ayudar en el chequeo de condiciones matriciales. Por ejemplo, la función isequal(A, B) devuelve un uno si las dos matrices son idénticas y un cero en caso de que difieran en algo. CARDENAS ALARCON, Max Junior

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3.2. COMANDO SWITCH La sentencia switch realiza una función análoga a un conjunto de if...elseif concatenados. Su forma general es la siguiente:

switch switch_expresion case case_expr1, bloque1 case {case_expr2, case_expr3, case_expr4,...} bloque2 ... otherwise, % opción por defecto bloque3

end Al principio se evalúa la switch_expresion, cuyo resultado debe ser un número escalar o una cadena de caracteres. Este resultado se compara con las case_expr, y se ejecuta el bloque de sentencias que corresponda con ese resultado. Si ninguno es igual a switch_expresion se ejecutan las sentencias correspondientes a otherwise. Según puede verse en el ejemplo anterior, es posible agrupar varias condiciones dentro de unas llaves (constituyendo lo que se llama un cell array o vector de celdas); basta la igualdad con cualquier elemento del cell array para que se ejecute ese bloque de sentencias. La “igualdad” debe entenderse en el sentido del operador de igualdad (==) para escalares y la función strcmp() para cadenas de caracteres). A diferencia de C/C++/Java, en MATLAB sólo se ejecuta uno de los bloques relacionado con un case.

3.3. COMANDO FOR La sentencia for repite un conjunto de sentencias un número predeterminado de veces. La sentencia for de MATLAB es muy diferente y no tiene la generalidad de la sentencia for de C/C++/Java. La siguiente construcción ejecuta sentencias con valores de i de 1 a n, variando de uno en uno.

for i=1:n Sentencias

end O bien

for i=vectorValores Sentencias

end Donde vectorValores es un vector con los distintos valores que tomará la variable i.


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En el siguiente ejemplo se presenta el caso más general para la variable del bucle (valor_inicial: incremento: valor_final); el bucle se ejecuta por primera vez con i=n, y luego i se va reduciendo de 0.2 en 0.2 hasta que llega a ser menor que 1, en cuyo caso el bucle se termina:

for i=n:-0.2:1 Sentencias

end En el siguiente ejemplo se presenta una estructura correspondiente a dos bucles anidados. La variable j es la que varía más rápidamente (por cada valor de i, j toma todos sus posibles valores):

for i=1:m for j=1:n Sentencias

end end Una última forma de interés del bucle for es la siguiente (A es una matriz):

for i=A Sentencias

end En la que la variable i es un vector que va tomando en cada iteración el valor de una de las columnas de A. Cuando se introducen interactivamente en la línea de comandos, los bucles for se ejecutan sólo después de introducir la sentencia end que los completa.

3.4. COMANDO WHILE La estructura del bucle while es muy similar a la de C/C++/Java. Su sintaxis es la siguiente:

while condicion sentencias

end Donde condicion puede ser una expresión vectorial o matricial. Las sentencias se siguen ejecutando mientras haya elementos distintos de cero en condicion, es decir, mientras haya algún o algunos elementos true. El bucle se termina cuando todos los elementos de condicion son false (es decir, cero).

3.5. COMANDO BREAK Al igual que en C/C++/Java, la sentencia break hace que se termine la ejecución del bucle for y/o while más interno de los que comprenden a dicha sentencia.


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3.6. EJEMPLOS DE LOS COMANDOS 3.6.1. COMANDO IF Ejemplo de aplicación Cuadro 3.1. Ejemplo01.m

Ejemplo01.m clear all a=21; if a<10 B=a+10 elseif a==21 B=a^2 else B=a+20 end

Ejemplo para determinar si un número es par o impar Cuadro 3.2. Ejemplo02.m

Ejemplo02.m clear all x=3; if rem(x,2)==0 fprintf('el numero es par'); else fprintf('el numero es impar'); end

Ejemplo para determinar la condición de un alumno Cuadro 3.3. Ejemplo03.m

Ejemplo03.m clear all x=0; if x>10 fprintf('APROBADO'); elseif x==10 fprintf('POR VERSE'); elseif x==0 fprintf('anda al baño'); else fprintf('DESAPROBADO'); end


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3.6.2. COMANDO SWITCH Ejemplo de aplicación Cuadro 3.4. Ejemplo01.m

Ejemplo01.m clear all x=1; switch x case 1 Y=12+x case 2 Y=1+x end

3.6.3. COMANDO FOR Ejemplo de aplicación Cuadro 3.5. Ejemplo01.m

Ejemplo01.m clear all for x=1:2:9 Y=x.^2-1; disp([x,Y]); end

3.6.4. COMANDO WHILE Ejemplo de aplicación, suma de los primeros 10 números naturales Cuadro 3.6. Ejemplo01.m

Ejemplo01.m clear all x=0; suma=0; while x<=10 suma=suma+x; x=x+1; end disp('la suma es:'); disp(suma);


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3.7. EJEMPLO DE APLICACIÓN Desarrollar un programa de geometría de triángulos, que calcule el perímetro, área, así mismo que realice la clasificación del triangulo de acuerdo a su ángulo y lado, finalmente el programa debe calcular la altura, mediana y bisectriz con respecto a cada lado del triangulo. Como datos de ingreso se tendrá únicamente los valores numéricos de cada lado. Parte matemática

Figura 3.1. Triangulo.

[3.1] [3.2]

[3.3]

[3.4]

[3.5]

[3.6]

[3.7]

[3.8]

[3.9]


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Codificación del problema en el programa triangulos.m Cuadro 3.7. triangulo.m

PROGRAMA triangulo.m : CODIFICACION DEL PROBLEMA %PROGRAMA QUE CALCULA EL AREA, PERIMETRO Y TAMBIEN CLASIFICA AL TRIANGULO %SEGUN SU ANGULO Y LADO FINALMENTE HALLA LA ALTURA, LA MEDIANA Y %BISECTRIZ DE CADA LADO DEL TRIANGULO %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %ELABORADO POR: Max Junior CARDENAS ALARCON %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% format bank fprintf('ingrese los lados del triangulo\n') fprintf('\n') a=input('a='); b=input('b='); c=input('c='); fprintf('\n') fprintf('el área y el perimetro del triangulo es:\n') fprintf('\n') s=(a+b+c)/2; A=sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)); P=2*s; disp('A= '),disp(A) disp('P= '),disp(P) fprintf('Por su clasificación es un triangulo del tipo:\n') m=acos((b^2+c^2-a^2)/(2*b*c)); n=acos((a^2+c^2-b^2)/(2*a*c)); o=acos((a^2+b^2-c^2)/(2*a*b)); a=c*sin(m)/sin(o); b=a*sin(n)/sin(m); c=b*sin(o)/sin(n); fprintf('\n') fprintf('por sus lados:\n') if a==(b+c)/2; fprintf('equilatero\n') elseif (a==b)+(b==c)+(a==c); fprintf('isoceles\n') else fprintf('escaleno\n') end fprintf('\n') fprintf('por sus angulos:\n') if (m==(pi)/2)+(n==(pi)/2)+(o==(pi)/2) fprintf('recto\n') elseif (m>(pi)/2)+(n>(pi)/2)+(o>(pi)/2) fprintf('obtusangulo\n') else fprintf('acutangulo\n') end


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fprintf('\n') fprintf('Longitud de la altura (Ha), mediana (Ma) y la bisectriz (Ba)\n') fprintf('recpecto al lado "a" es:\n') fprintf('\n') Ha=b*sin(o); Ma=b^2+(a/2)^2-a*b*cos(o); Ba=b*sin(o)/sin(pi-o-m/2); disp('Ha= '),disp(Ha) disp('Ma= '),disp(Ma) disp('Ba= '),disp(Ba) fprintf('\n') fprintf('Longitud de la altura (Hb), mediana (Mb) y la bisectriz (Bb)\n') fprintf('recpecto al lado "b" es:\n') fprintf('\n') Hb=a*sin(o); Mb=a^2+(b/2)^2-a*b*cos(o); Bb=a*sin(o)/sin(pi-o-n/2); disp('Hb= '),disp(Hb) disp('Mb= '),disp(Mb) disp('Bb= '),disp(Bb) fprintf('\n') fprintf('Longitud de la altura (Hc), mediana (Mc) y la bisectriz (Bc)\n') fprintf('recpecto al lado "c" es:\n') fprintf('\n') Hc=a*sin(n); Mc=a^2+(c/2)^2-a*c*cos(n); Bc=a*sin(n)/sin(pi-n-o/2); disp('Hc= '),disp(Hc) disp('Mc= '),disp(Mc) disp('Bc= '),disp(Bc)

Figura 3.2. Presentación de resultados de triangulo.m


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Figura 3.3. Presentación de resultados de triangulo.m

Visualization del código en MATLAB

Figura 3.4. triangulo.m


Figura 3.5. triangulo.m

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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO IV

PROGRAMACION EN SCRIPT

4. CAPITULO IV: PROGRAMACION EN SCRIPT Los ficheros con extensión (.m) son ficheros de texto sin formato (ficheros ASCII) que constituyen el centro de la programación en MATLAB. Ya se han utilizado en varias ocasiones. Estos ficheros se crean y modifican con un editor de textos cualquiera. En el caso de MATLAB ejecutado en un PC bajo Windows, lo mejor es utilizar su propio editor de textos, que es también Debugger. Existen dos tipos de ficheros *.m, los ficheros de comandos (llamados scripts en inglés) y las funciones. Los primeros contienen simplemente un conjunto de comandos que se ejecutan sucesivamente cuando se teclea el nombre del fichero en la línea de comandos de MATLAB o se incluye dicho nombre en otro fichero *.m. Un fichero de comandos puede llamar a otros ficheros de comandos. Si un fichero de comandos se llama desde de la línea de comandos de MATLAB, las variables que crea pertenecen al espacio de trabajo base de MATLAB (recordar apartado 2.5.6), y permanecen en él cuando se termina la ejecución de dicho fichero. Las funciones permiten definir funciones enteramente análogas a las de MATLAB, con su nombre, sus argumentos y sus valores de retorno. Los ficheros *.m que definen funciones permiten extender las posibilidades de MATLAB; de hecho existen bibliotecas de ficheros *.m que se venden (toolkits) o se distribuyen gratuitamente (a través de Internet). Las funciones definidas en ficheros *.m se caracterizan porque la primera línea (que no sea un comentario) comienza por la palabra function, seguida por los valores de retorno (entre corchetes [ ] y separados por comas, si hay más de uno), el signo igual (=) y el nombre de la función, seguido de los argumentos (entre paréntesis y separados por comas). Recuérdese que un fichero *.m puede llamar a otros ficheros *.m, e incluso puede llamarse a sí mismo de forma recursiva. Los ficheros de comandos se pueden llamar también desde funciones, en cuyo caso las variables que se crean pertenecen al espacio de trabajo de la función. El espacio de trabajo de una función es independiente del espacio de trabajo base y del espacio de trabajo de las demás funciones. Esto implica por ejemplo que no puede haber colisiones entre nombres de varia bles: aunque varias funciones tengan una variable llamada A, en realidad se trata de variables completamente distintas (a no ser que A haya sido declarada como variable global). A continuación se verá con un poco más de detalle ambos tipos de ficheros *.m.

4.1.SCRIPT Como ya se ha dicho, los ficheros de comandos o scripts son ficheros con un nombre tal como file1. m que contienen una sucesión de comandos análoga a la que se teclearía en el uso interactivo del programa. Dichos comandos se ejecutan sucesivamente cuando se teclea el nombre del fichero que los contiene (sin la extensión), es decir cuando se teclea file1 con el ejemplo considerado. Cuando se ejecuta desde la línea de comandos, las variables creadas por file1 pertenecen al espacio de trabajo base de MATLAB. Por el contrario, si se ejecuta desde una función, las variables que crea pertenecen al espacio de trabajo de la función. En los ficheros de comandos conviene poner los puntos y coma (;) al final de cada sentencia, para evitar una salida de resultados demasiado cuantiosa. Un fichero *.m puede llamar a otros ficheros *.m, e incluso se puede llamar a sí mismo de modo recursivo. Sin embargo, no se puede hacer profile de un fichero de comandos: sólo se puede hacer de las funciones. CARDENAS ALARCON, Max Junior

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Las variables definidas por los ficheros de comandos son variables del espacio de trabajo desde el que se ejecuta el fichero, esto es variables con el mismo carácter que las que se crean interactivamente en MATLAB si el fichero se ha ejecutado desde la línea de comandos. Al terminar la ejecución del script, dichas variables permanecen en memoria. El comando echo hace que se impriman los comandos que están en un script a medida que van siendo ejecutados. Este comando tiene varias formas: Cuadro 4.1. Comandos echo en MATLAB

COMANDO echo on echo off echo file on echo file off echo file echo on all echo off all

DESCRIPCION Activa el echo en todos los ficheros script Desactiva el echo Donde 'file' es el nombre de un fichero de función, activa el echo en esa función Desactiva el echo en la función Pasa de on a off y viceversa Activa el echo en todas las funciones Desactiva el echo de todas las funciones

Mención especial merece el fichero de comandos startup.m. Este fichero se ejecuta cada vez que se entra en MATLAB. En él puede introducir todos aquellos comandos que le interesa se ejecuten siempre al iniciar la sesión, por ejemplo format compact y los comandos necesarios para modificar el path.

Figura 4.1. Programación en Script


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4.2.EJEMPLOS DE APLICACIÓN 4.2.1. EJEMPLO N° 01 Determinar si un número es múltiplo de 2, de 3, de 5 o de ninguno de ellos. Considere que existen números que pueden ser múltiplos de más de un número. Por ejemplo: si se Ingresa 15 debe mostrarse "El numero es múltiplo de 3", "El numero es múltiplo de 5". Solución Cuadro 4.2. Ejemplo01.m

Ejemplo01.m clear all clc x=input('Introduzca el número:'); if rem(x,30)==0 disp('"El número es múltiplo de 2, 3 y 5"') elseif rem(x,6)==0 disp('"El número es múltiplo de 2 y 3"') elseif rem(x,10)==0 disp('"El número es múltiplo de 2 y 5"') elseif rem(x,15)==0 disp('"El número es múltiplo de 3 y 5"') elseif rem(x,2)==0 disp('"El número es múltiplo de 2"') elseif rem(x,3)==0 disp('"El número es múltiplo de 3"') elseif rem(x,5)==0 disp('"El número es múltiplo de 5"') else disp('"El número no es múltiplo de 2, ni de 3, ni de 5"') end disp('Gracias por utilizar el sistema, buen día.')

Visualización de los resultados

Figura 4.2. Visualización de resultados


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4.2.2. EJEMPLO N° 02 Determinar la suma de los n primeros términos de la siguiente serie:

Solución Cuadro 4.3. Ejemplo02.m

Ejemplo02.m clear all clc disp('Suma(n)=') disp('x+(x^2)/(factorial(2))+(x^3)/(factorial(3)),...,(x^n)/(factorial(n))') x=input('Ingrese el valor de la variable "x":'); n=input('Ingrese la cantidad de términos ("n"):'); S=0; format shortg; for i=1:n S=(x^i)/(factorial(i))+S; end fprintf('Suma(%2.0f)=\n',n) disp(S) format rat; disp('Aproximadamente=') disp(S)

4.2.3. EJEMPLO N° 03 Escribir un programa que determine si un año es bisiesto. Un año es bisiesto si es múltiplo de 4 (por ejemplo 1984). Los anos múltiplos de 100 no son bisiestos, salvo si ellos son también múltiplos de 400 (2000 es bisiesto, pero; 1800 no lo es). Solución Cuadro 4.4. Ejemplo03.m

Ejemplo03.m clear all clc disp('PROGRAMA PARA CONSULTAR SI UN AÑO ES BISIESTO O NO:') a=input('Escriba el año que desea consultar='); if rem(a,400)==0 fprintf('"El año %2.0f SI es bisiesto"\n',a) elseif rem(a,100)==0 fprintf('"El año %2.0f NO es bisiesto"\n',a) elseif rem(a,4)==0 fprintf('"El año %2.0f SI es bisiesto"\n',a) else fprintf('"El año %2.0f NO es bisiesto"\n',a) end disp('Gracias por utilizar el programa, que tenga buen día.')


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4.2.4. EJEMPLO N° 04 Una compañía de alquiler de autos emite la factura de sus clientes teniendo en cuenta la distancia recorrida, si la distancia no rebasa los 300 km., se cobra una tarifa fija de S/.250, si la distancia recorrida es mayor a 300 km. y hasta 1000 km. Se cobra la tarifa fija mas el exceso de kilómetros a razón de S/.30 por km. y si la distancia recorrida es mayor a 1000 km., la compañía cobra la tarifa fija mas los km. recorridos entre 300 y 1000 a razón de 30, y S/.20 para las distancias mayores de 1000 km. Calcular el monto que pagara un cliente. Cuadro 4.5. Ejemplo04.m

Ejemplo04.m x=input('Introduzca el total de kilómetros recorridos: '); disp('El total a pagar en soles es de:') if x<=300 disp(250) elseif x<=1000 disp(250+30*(x-300)) elseif x>1000 disp(250+30*700+20*(x-1000)) end disp('Gracias; buen día.')

4.2.5. EJEMPLO N° 05 Se diseña un cohete para obtener datos experimentales, para lo cual obtienen la ecuación que mide la altura de la punta del cohete en función del tiempo. Elabore un programa mediante el cual imprima valores cada 2 segundos, desde el tiempo cero hasta que el chete choca contra el suelo, si el cohete no ha llegado al suelo en 100 segundos, hacer que el programa muestre valores solo hasta ese intervalo de tiempo Cuadro 4.5. Ejemplo04.m

Ejemplo04.m clear all h=60; t=0; I=0; while h>0 I=I+1; h=60+2.13*t^2-0.0013*t^4+0.000034*t^4.751; if h<0 break end if t>100 break end MATRIZ(I,1)=t; MATRIZ(I,2)=h; t=t+2; end MATRIZ plot(MATRIZ(:,1),MATRIZ(:,2),'color','g') title('TRAYECTORIA DEL COHETE','color','w') xlabel('Tiempo','color','b') ylabel('Altura','color','r')


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO V

PROGRAMACION EN M-FILE

5. CAPITULO V: PROGRAMACION EN M-FILE La programación en este tipo de archivos es la misma que la expuesta en los archivos script, la única diferencia que se presenta en este tipo de archivos, es el ingreso de datos y la visualización d los resultados, entonces explicaremos la forma de crear una archivo M-File. Ingresamos al menú File – New – Function M-file

Figura 5.1. Visualización de ingreso

Nos muestra la siguiente pantalla

Figura 5.2. Archivo M-File


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO V

PROGRAMACION EN M-FILE

5.1.EJEMPLO DE APLICACIÓN Elaborar un programa para evaluar el caudal de un rio, teniendo un archivo en el cual se reporta el caudal medido en cada año del rio, este archivo se encuentra en una hoja de cálculo de Excel, con estos datos determinar el caudal mínimo, el caudal máximo y el caudal promedio del rio. Solución Primero elaboraremos un programa para transforma el archivo de datos de la hoja de cálculo a un archivo de MATLAB. Cuadro 5.1. Ejemplo01.m

Ejemplo04.m clear all clc datos=xlsread('DATOS.xlsx'); save -ascii DATOS.dat datos C=load('DATOS.dat'); Q=C(:,2);

Finalmente elaboraremos el programa para evaluar el caudal Cuadro 5.2. Ejemplo02.m

Ejemplo04.m function [Qmin,Qmax,Qprom]=caudales1(Q) N=length(Q); Qmin=Q(1); Qmax=Q(1); S=Q(1); for I=2:N; q=Q(I); S=S+Q(I); Qprom=S/N; if Qmin<=q Qmin=Qmin; else Qmin=q; end if Qmax>=q Qmax=Qmax; else Qmax=q; end end Qmin; Qmax; Qprom; end


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO VI

PROGRAMACION EN GUIDE

6. CAPITULO VI: PROGRAMACION EN GUIDE El presente capítulo describe los elementos de una programación orientada a objetos, denominada en MATLAB, Interfaz Gráfica del Usuario (GUI), el cual va a permitir al usuario, interactuar con el ordenador de una manera rápida en la solución de problemas.

6.1.PROPIEDAD DE LOS CONTROLES 6.1.1. STRING Esta propiedad posee la cadena de caracteres que se mostrara sobre el botón.

6.1.2. TAG Guide usa la propiedad Tag para nombrar la subfunción del Callback en el archivo m de la aplicación. Coloque en Tag un nombre descriptivo (por ejemplo, close_button) antes de activar el Guide.

6.2.CONTROLES DE LA INTERFAZ GRAFICA DEL USUARIO (GUI) Los controles son objetos que se ubican dentro de GUI y permiten mostrar, aceptar o validar datos. La paleta del formulario editor contiene los controles de interface de usuario, que usted puede usar en su GUI, Push button, Sliders, Toggle buttons, Frames, Radio buttons, Listboxes, Checkboxes, Popup menus, Edit text, Ejes, Static text y Figure. Estos componentes son los uicontrol de MATLAB y es por lo tanto programable en sus diferentes propiedades, a continuación se presenta información sobre estos comandos.

6.2.1. PUSH BUTTON El control push button genera una acción cuando el usuario hace clic sobre él (por ejemplo, un botón de OK puede cerrar una caja de dialogo).

Figura 6.1. Push button Figura 6.2. Push button Callback


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Cuando el usuario pulsa el botón Push Button, su callbak se ejecuta y no devuelve un valor ni mantienen un estado.

Figura 6.3. Inspector Uicontrol

Al hacer doble clic en el botón Push Button se activa el cuadro de de Figura 6.3. En el cual ubicamos las posiciones de los campos String y Tag, como vemos el nombre que aparece en el campo String será el que aparecerá en el botón. Por otro lado el nombre que aparece en el campo Tag será el que aparecerá en el archivo m, para acceder al archivo m hacemos anti clic en el botón como se indica en la Figura 6.2. y nos aparecerá el siguiente archivo, previamente debemos guardar el archivo GUI.

Figura 6.4. Archivo m


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Como vemos en la Figura 6.4. aparece subrayado la función del botón en este caso del Push Button, es en esta función del archivo m que se programa las tareas que va a realizar el respectivo botón.

6.2.2. TOGGLE BUTTONS Los Toggle Buttons generan una acción e indican un estado binario (por ejemplo, on u off). Cuando se pulsa el botón Toggle Button aparece oprimido y permanece así cuando se suelta el botón del mouse, al tiempo que el Callback ejecuta las ordenes programadas dentro de él. Los subsecuentes clics del mouse retorna Toggle Buttons al estado de nondepressed y es posible de nuevo ejecutar su Callback.

Figura 6.5. Toggle Buttons

6.2.3. RADIO BUTTONS Este control se utiliza para seleccionar una opción de un grupo de opciones (es decir, sólo un botón está en un estado seleccionado), para activar un Radio Button, pulse el botón del mouse en el objeto. Los Radios Buttons tienen dos estados: seleccionados y no seleccionados al cual se accede a través de su propiedad value. Value= Max, el botón se selecciona. Value= Min, el botón no se selecciona. Los Radíos Buttons son mutuamente exclusivos dentro de un grupo de opciones, los Callback para cada Radío Button se deberá poner en la propiedad value igual a O en todos los otros Radío Buttons del grupo. MATLAB pone la propiedad de value a 1 en el Radío Button pulsado por el usuario.

Figura 6.6. Radío Buttons


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6.2.4. CHECKBOXES Los Checkboxs se utilizan para proporcionar al usuario varias opciones de las que se puede elegir una o más de una cuando se ha pulsado el botón sobre él, e indica su estado como verificado o no verificado. La propiedad value indica el estado del Checkbox asumiendo el valor del Max o propiedad del Min (1 y 0 respectivamente por defecto): Value= Max, la caja se verifica. Value= Min, la caja no se verifica.

Figura 6.6. Checkbox

6.2.5. EDIT TEXT Los controles Edit Text son campos que les permiten a los usuarios ingresar o modificar cadenas de texto. Use Edit Text cuando usted quiere ingresar un texto, la propiedad String contiene el texto ingresado por el usuario. Para obtener la cadena tecleada por el usuario, consiga la propiedad String en el Callback.

Figura 6.7. Edit Text

6.2.6. STATIC TEXT El control Static Text se utiliza para mostrar texto que el usuario no puede modificar. El texto estático se usa cn frecuentemente para etiquetar otros mandos y proporciona las direcciones del usuario, o indica valores asociados con un deslizador (Slider). Los usuarios no pueden cambiar interactivamente el texto de allí que el texto estático no es ninguna manera a invocar la rutina de un Callback asociado con él.

Figura 6.8. Static Text


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6.2.7. SLIDERS Los deslizadores o barras de desplazamiento permiten explorar fácilmente un alarga lista de elementos o una gran cantidad de información, y acepta la entrada numérico dentro de un rango específico, permitiéndole al usuario mover una barra movediza. El desplazamiento de la barra se efectúa presionando el botón del mouse y arrastrando la diapositiva, o pulsando el botón que posee una flecha, la ubicación de la barra indica un valor numérico. Existen cuatro propiedades que controlan el rango y tamaño del paso del deslizador. Value, contiene el valor actual del deslizador. Max, define el valor máximo del deslizador, el valor por defecto es 1. Min, define le valor mínimo del deslizador, el valor por defecto es 0. Slider Step, especifica el tamaño de un paso del deslizador con respecto al rango, el valor por defecto es [0.01 0.10], proporciona un 1% de cambio para los clics en las flechas y un 10% de cambio para los clic en el corredero. Estos valores pueden ser modificados efectuando los cambios en las propiedades del deslizador.

Figura 6.9. Sliders

6.2.8. PANELS Un control Frame proporciona un agrupamiento identificable para controles, los frames no tienen ninguna rutina de Callback asociados con ellos y sólo uicontrol pueden aparecer dentro de los marcos excepto de los ejes. Los marcos son opacos. Si usted agrega un marco después de agregar componentes que usted quiere posicionar dentro del marco, usted necesita traer esos componentes adelante. Use las operaciones Bring to front (traer al frente) y Send to Back (enviar atras) en el menú del formulario para este propósito.

Figura 6.10. Panels


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6.2.9. LIST BOXES Los List Boxes muestran un alista de ítems entre los cuales el usuario puede seleccionar uno o más ítems. La propiedad String contiene la lista de cadenas desplegada en el List Box. El primer ítem en la lista tiene el índice 1. La propiedad value contiene el índice en la lista de cadenas que corresponde al ítem seleccionado. Si el usuario selecciona múltiples ítem, entonces el value es un vector de índices. Simple o Múltiple Selección Los valores de las propiedades Mi y Max determinan si los usuarios pueden hacer simples o múltiples selecciones. Si Max – Min > 1, entonces las cajas de la lista permiten la selección del ítem múltiple. Si Max – Min <= 1, entonces las cajas de la lista no permiten la selección del ítem múltiple. Activando La Ejecución Del Callback MATLAB evalúa el callback del List Box después de que el botón del mouse se suelta o un evento del keypress se ha efectuado, eso cambia la propiedad de value (es decir, cuando quiera el usuario pulsa el botón en un ítem, pero no al pulsar el Scrollbar en el list Box). Esto significa el callback se ejecuta después del primer clic de un doble clic en un solo artículo o cuando el usuario está haciendo las selecciones múltiples. En estas situaciones usted necesita agregar otro componente, como Done Button (push button) y programa su rutina del callback para preguntar el valor de la propiedad list box (y posiblemente la figura la propiedad de Selección Type) en lugar de creando un callback para la caja de la lista. Si usted está usando la opción de archivo m de aplicación automáticamente generada, u otro que usted necesita. Ejemplos de List Box List Box Directory Reader (la lista de caja directorio del lector), muestra cómo se crea un GUI que despliega los volúmenes de directorios en un List Box y les permite a los usuarios que abran una variedad de tipos del archivo pulsando dos veces el botón en el filename.

Figura 6.11. List Box


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6.2.10. POPUP MENUS Los Popup Menus permiten visualizar un alista de opciones cuando los usuarios presionan la flecha. La propiedad String contiene la lista de cadenas visualizadas en el Popup Menu. La propiedad value contiene el índice del ítem seleccionado de la lista de cadenas, el primer ítem en la lista tiene el índice 1. Cuando no abre, un Popup Menu visualiza la opción actual que es determinado por el índice contenido en la propiedad value. Los Popup Menu son útiles cuando usted quiere proporcionarles varias opciones mutuamente exclusivas a los usuarios, y no usar una mayor cantidad de espacio que una serie de radio Button requiere.

Figura 6.12. Popup Menu

6.2.11. AXES Los ejes le permiten a su GUI visualizar los gráficos, como todos los objetos de los gráficos, los ejes tienen las propiedades que usted puede poner para controlar muchos aspectos de su conducta y apariencia. En los objetos de los ejes. Los Callback De Los Ejes Los ejes no son objetos uicontrol, pero puede programarse para ejecutar un Callback cuando los usuarios pulsen el botón del mouse en los ejes. Use la propiedad Button Down Fcn de los ejes para definir el callback. Trazando Los Ejes En GUIs Los GUIs que contienen ejes deben asegurar la opción de accesibilidad de Orden-línea en el dialogo de opciones de aplicación que es fijo en Callback (el valor por defecto). Esto le permite que emita la trama del Callback sin especificar explícitamente los ejes designados.

Figura 6.13. Axes


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6.3.INSPECTOR DE PROPIEDADES Son las ventanas que contienen el GUI con el editor del esquema. A continuación se presentan cada una de sus propiedades.

Figura 6.14.a. Inspector de Propiedades


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Figura 6.14.b. Inspector de Propiedades

6.4.PROPIEDADES GENERALES DE LOS UICONTROLS Esta tabla contiene la lista de todas las propiedades útiles para objetos uicontrol agrupándolos por función. Cada nombre de propiedad actúa como un enlace a una descripción de la propiedad.

Cuadro 6.1. Propiedad de los Uicontrol

Nombre De La Propiedad

Descripción De La Propiedad

Valor De La Propiedad

Control De Estilos y Apariencia BackgroundColor

CData ForegroundColor SelectionHighlignt String Visible

Color de los objetos de fondo

Value: ColorSpec Default: Systen Dependent Imagen true color mostrada en el Value: Matrix control Color de texto Value: Color Spec Default: [0 0 0] Objetos resaltados cuando son Value: On, Off seleccionados Default: On Etiqueta de Uicontrol, list box y popup Value: String menu Visibilidad de Uicontrol Value: On, Off Default: On


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Información General Acerca De Los Objetos Children Enable

Objetos uicontrol no tiene hijos Activar o desactivar el uicontrol

TooltipString

Value: On, inactive, Off Default: On Padre de objetos uicontrol Value: Scalar figure handle Si los objetos son seleccionados Value: On, Off Default: On Slider escala de tamaño Value: Two-element vector Default: [0.01 0.1] Tipo de objeto uicontrol Value: Pushbutton, togglebutton, radiobutton, checkbox, edit, text, slider, frame, listbox, popupmenu Default: pushbutton Identificador de objeto especificado por Value: String el usuario Contenido de los objetos tooltip Value: String

Type

Clases de objetos gráficos

UserData

Datos especificados de usuario

Parent Selected SliderStep

Style

Tag

Value: String(read-only) Default: Uicontrol Value: Matrix

Controlando La Posición Del Objeto Position

Units

Tamaño y localización de objetos Value: position uicontrol rectangle Default: [20 20 60 20] Unidades para interpretar vectores de Value: pixels, posición normalized, inches, centimeters, points, characters Default: pixels Controlando Letras y Etiquetas

FontAngle

Declinación de caracteres

FontName

Familia fuente

FontSize

Tamaño fuente


Value: normal, italic, oblique Default: normal Value: String Default: System dependent Value: size in FontUnits Default: system depende

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Unidades de tamaño fuente

FontUnits

FontWeight

HorizontalAlighment

String


Value: points, normalized, inches, centimeters, pixels Default: points Peso de los caracteres de textos Value: light, normal, demi, bold Default: normal Alineamiento de la cadena de etiquetas Value: left, center, right Default: depends on uicontrol object Etiqueta de objetos uicontrol, también Value: String list box e ítems de menú pop-up

Controlando La Ejecución De Las Rutinas Callback BusyAction ButtonDownFcn Callback CreateFcn DeleteFcn Interruptible uicontextMenu

Interrupción de rutinas Callback

Value: cancel, queue Default: queue Presión de botón de rutina Callback Value: String Acción de control Value: String Rutina Callback ejecutada durante la Value: String creación de objetos Rutina Callback ejecutada durante la Value: String supresión de objetos Modo de interrupción de la rutina Value: on, off Callback Default: on Objetos Uicontextmenu asociados con Value: handle el Uicontrol Información Acerca Del Estado Actual

listboxTop Max Min Value

Índice de las cadenas más visualizadas en la list box Valor máximo (depende del objeto uicontrol) Valor mínimo (depende del objeto uicontrol) Valor actual del objeto uicontrol

Value: scalar Default: [1] Value: scalar Default: object depende Value: scalar Default: object depende Value: scalar or vector Default: object depende

Controlando El Acceso A Objetos HandleVisibility HitTest

Si el manejador es inaccesible desde la Value: on, callback, off línea de comandos y GUIs Default: on Si es seleccionado por el clic del mouse Value: on, off Default: on


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6.5.ELABORACION DE UNA INTERFAZ GRAFICA Abra el editor de formularios, digitando la orden guide en la ventana de comandos, el cual despliega el formulario en modo de reja, en el cual se agregaran los controles que se seleccionen de la paleta. También se puede acceder a esta función de los siguientes modos. Mediante el menú File – New – GUI

Figura 6.15. Creación de GUI

O de manera directa haciendo clic en el icono de la Figura 6.16.

Figura 6.16. Creación de GUI

Nos aparecerá la siguiente ventana de dialogo

Figura 6.17. GUI


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Esta ventana nos ofrece 4 opciones para la creación de la interfaz la primera es una hoja en blanco en la cual el usuario puede definir de manera personalizada la forma del GUI. En la segunda hasta la cuarta opción MATLAB nos ofrece formatos de diferentes tipos de GUI como son graficadores de dialogo entre otros, como se muestran en la siguiente figura.

Figura 6.18.a. GUI

Figura 6.18.b. GUI

Figura 6.18.c. GUI

Estas opciones están presentes en la pestaña Create New GUI, mientras en la segunda pestaña Open Existing GUI, esta ventana nos ofrece la posibilidad de acceder a los GUI ya creados para modificarlos en cuanto a la interfaz grafica, se debe tener siempre en cuenta del nombre del archivo con el que se guardo el GUI para no generar confusión.


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Figura 6.19. GUI

Entonces elegimos la opción que nos ofrece en la Figura 6.17. es decir la opción en blanco para generar nuestra interfaz de usuario, hacemos clic en ok y nos aparece la siguiente ventana para la edición del GUI

Figura 6.20. GUI


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6.6.ELABORACION DE UN PROGRAMA - ANALISIS DE ARMADURAS Al tener la hoja en blanco para la edición del GUIDE, comenzamos añadiendo el titulo a la presentación del programa. Para ello jalamos el icono de Static Text y lo posicionamos en el lugar deseado.

Figura 6.21. Armaduras

Luego editamos el tamaño del Static Text, con el mouse picamos en una de las esquinas y jalamos el Static Text.



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Para editar el texto hacemos doble clic en el Static Text, en el menú que nos aparece buscamos el campo String y hacemos clic en el cuadro pequeño al lado izquierdo de Static Text.


Nos aparecerá el siguiente cuadro en el cual editamos el texto de su interior, luego hacemos clic en OK.




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El tamaño y el color del texto así como también el color del fondo se editan en el menú inspector. El tamaño se edita en Font Size.


Luego colocaremos la imagen de la armadura que se va a analizar en el GUIDE para ello la imagen debe de estar en DIRECTORIO en el cual se encuentra el programa.


Una vez confirmada la ubicación de la foto procedemos a elaborar los comandos para la visualización de la imagen, primero jalamos un Axes y lo posicionamos debajo de nuestro Static Text, y lo ampliamos a nuestro gusto.



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Ahora nos dirigiremos al archivo M-FILE que se genera en paralelo con la edición del GUIDE, para ello hacemos clic en el botón M-File Editor.


Lo cual nos conduce al archivo M-File, en el cual las funciones que se generan lo hace de forma automática según se va editando el GUIDE.


Como se sabe las letras de color verde que aparecen son las indicaciones que le programa nos recomienda para el uso correcto de las funciones. Estas letras si el usuario desea pueden ser eliminadas sin ocasionar ningún problema al programa que se está elaborando. Para la elaboración de este programa de ARMADURAS las letras de color verde serán eliminadas en su totalidad del archivo M-File esto para la mejor visualización de los comandos en este archivo y para no generar confusiones con los textos que se va a agregar en este archivo para la explicación de los comandos utilizados. Una vez eliminado todos las letras de color verde procedemos a ubicar las funciones iníciales que nos presenta MATLAB de forma automática.


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La función que está encerrada dentro de la elipse de la Figura 6.30. Es la que ejecuta al inicio del programa ósea son las funciones iníciales. Dentro de esta función escribimos los siguientes comandos. Cuadro 6.2. Armaduras

Comandos para la visualización de imágenes scrsz=get(0,'screensize'); pa=get(gcf,'position'); xr=scrsz(3)-pa(3); xp=round(xr/2); yr=scrsz(4)-pa(4); yp=round(yr/2); set(gcf,'position',[xp yp pa(3) pa(4)]);

Estos comandos nos sirven para la correcta ubicación de las imágenes que se va a insertar en los Axes. Para la visualización de las imágenes usaremos los siguientes comandos. Cuadro 6.3. Armaduras

Comandos para la visualización de imágenes LOGO1=imread('FOTO1.jpg'); axes(handles.axes1); imshow(LOGO1);


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Entonces colocaremos los dos comandos en el archivo M-File.


Ejecutamos el programa y podemos ver la imagen de la armadura en la interfaz grafica.



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Para la mejor visualización de la interfaz grafica editaremos el color del fondo para que se confunda con el del Static Text.


Luego colocaremos los Edit Text en la figura. Esto para que el usuario pueda ingresar los valores de las fuerzas y de las dimensiones de la armadura.



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Se debe colocar los Edit Text en forma que coincidan con la imagen de la armadura que se va a resolver. También se debe borrar el contenido de los Edit Text.


Ejecutamos el programa y podemos ver la correcta ubicación de los Edit Text.



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Colocamos dos paneles y los ubicamos en la posición deseada.


Dentro de estos paneles colocamos cuadros y un Static Text.



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Luego colocamos los Push Button y los editamos y ubicamos de acuerdo a nuestra conveniencia.


Con esto hemos acabado la presentación de nuestro programa. Ejecutamos y podemos ver la interfaz grafica.



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Ahorra procederemos a enlazar los controles de la interfaz grafica. Para ello hacemos clic en el botón SALIR – View Callbacks – Callback.


Lo cual nos conduce al archivo M-File, en el programaremos la función de este comando que es de cerrar el programa para ello escribiremos un su función el comando CLOSE.


Ejecutamos el programa hacemos clic en salir y vemos que cierra la interfaz grafica. Hacemos lo mismo para el botón EJECUTAR y colocamos en su función los siguientes comandos. Los cuales son para leer el valor que se introduzca en los Edit Text y convertirlo en un formato de doble cadena que MTALAB recién puede operar. Cuadro 6.4. Armaduras

Comandos para la visualización de imágenes FX1=str2double(get(handles.edit1,'string')); FY1=str2double(get(handles.edit2,'string'));


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Entonces colocamos estos comandos en el archive M-File de la función del botón EJECUTAR.


Dentro de esta función se generara nuestra matriz de del sistema de ecuaciones.



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Ahorra colocaremos en nuestra matriz los valores que se ingresan en los Edit Text, de esta forma formaremos la siguiente matriz.



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Luego generaremos la siguiente matriz columna.


Una vez generada las dos matrices estas serán colocadas en las tablas para su visualización en la interfaz grafica. Para ello colocaremos los siguientes comandos en el archivo M-File para que podamos manejar las tablas. Cuadro 6.5. Armaduras

Comandos para la visualización de matrices [m n]=size(mtz); celda=cell(n,n); celda(:,:)={''}; set(handles.uitable1,'Data',celda); set(handles.uitable1,'ColumnEditable',true(1,n));

La explicación de los comandos es la siguiente: primero sacamos el tamaño de la matriz mtz, luego almacenamos el valor de sus dimensiones en la variables m y n, luego damos la


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dimensión de la celda con el valor de la variable n, como no queremos que se muestre ningún valor en los casilleros se coloca los apostrofes, luego manejamos la tabla insertando en esta la matriz mtz. Para ello colocamos los siguientes comandos. Cuadro 6.6. Armaduras

Comandos para la visualización de matrices set(handles.uitable1,'Data',mtz); set(handles.uitable1,'visible','on');

Escribimos estos comandos en el archive M-File dentro de la función del botón EJECUTAR.


Con esto ejecutamos el programa y colocamos en los Edit Text los valores de las fuerzas que se van aplicar sobre la armadura de nuestra figura, se debe tener en cuenta que para indicar el sentido de las fuerzas es el mismo el cual se indica en la figura para ello si se quiere indicar un sentido opuesta a la de la figura bastara con ingresar el valor de la fuerza en forma negativa, luego hacemos clic en el botón EJECUTAR para ver los resultados que se generan


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en los cuadros, para visualizar las matrices debemos hacer clic en los Slider de las tablas, como se muestra en la figura.


Ahorra solucionaremos el sistema de ecuaciones utilizando el comando de división derecha de MATLAB \, luego mostraremos el resultado en la tabla siguiente, esto se realizara mediante los siguientes comandos. Cuadro 6.7. Armaduras

Comandos para la visualización de matrices %solucion del sistema de ecuaciones respuesta=mtz\rstl; %matriz final [m n]=size(mtz); celda=cell(n,n); celda(:,:)={''}; set(handles.uitable3,'Data',celda); set(handles.uitable3,'ColumnEditable',true(1,n)); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% set(handles.uitable3,'Data',respuesta); set(handles.uitable3,'visible','on');


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Ejecutamos el programa con los mismos datos que el ejemplo anterior y ya podemos ver los resultados de las fuerzan que se generan en cada barra de la armadura, ahorra si el resultado es positivo este elemento se encuentra en tracción y si el resultado es negativo el elemento se encuentra en compresión.


De esta forma de determina las fuerzas en las barras, para etiquetar la tabla de los resultados como se v en la figura se procede de la siguiente forma. Primero hacemos doble clic en la tabla de edición del GUIDE.



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Como vemos nos aparece el inspector de propiedades en el ubicamos la opción DATA hacemos clic en el cuadro de su costado.


Nos aparece el siguiente cuadro, y hacemos clic en ROWS.


Luego hacemos clic en show names entered below as the row headers.


Hacemos clic en INSERT para aumentar el número de filas de la tabla, hasta llegar en nuestro caso al nuero 16, luego al costado de cada número de fila editamos para qué se pueda ver en la tabla de la interfaz grafica, los nombres que se ha modificado, luego de


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realizar esta operación procedemos a hacer clic en OK, luego ejecutamos el programa y podremos ver el resultado de la tabla.


Lo mismo realizamos para la columna.



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Entonces al hacer clic e OK podemos ver el resultado de nuestra modificación.


Ejecutamos el programa y veremos en la interfaz grafica el cambio.


De esta forma hemos concluido con nuestro programa para resolver armaduras.


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6.7.EJEMPLO DE UN PROGRAMA EN GUI CALCULADORA DE MATRICES 

Para comenzar a ejecutar el programa, digitamos en la pantalla de comandos el nombre de nuestro programa matrixcalc.



A continuación nos presenta el menú principal del programa



Este programa nos permite realizar diversas operaciones con matrices y con sistemas lineales de ecuaciones las cuales se representan mediante matrices.



En el menú de operaciones podemos realizar la aritmética matricial, eligiendo una operación deseada, ingresando el tamaño de una matriz cuadrada.


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


En el menú de DATOS, se ingresan el número de incógnitas, los coeficientes de las matrices a si como sus respectivos vectores respuesta y si hubiera el caso un vector de aproximación inicial.


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


Desarrollaremos un ejemplo para el siguiente sistema de ecuaciones.

Tomaremos un vector de aproximación V= [0 0 0].

 

Ejecutamos el programa haciendo click en CALCULAR, luego salimos de la interfaz. Si queremos nuevos datos hacemos click en NUEVO. Para visualizar los resultados el programa nos ofrece 2 menús, uno con los métodos directos y el otro con los métodos iterativos, en cada caso nos presentan 4 métodos de cada caso.


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

Para ver los resultados con los métodos directos hacemos click en Resultados D, nos presentara la siguiente interfaz.



En esta interfaz nos presenta un cuadro en el cual nos indica para elegir un método deseado, hacemos anticlick en el cuadro y tenemos las siguientes opciones: Gauss Simple, Doolittle, Krout, Cholesky.


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


Hacemos click en la opción deseada para ver los resultados. METODO DE GAUSS SIMPLE

METODO DE DOOLITTLE


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METODO DE KROUT

METODO DE CHOLESKY


Página 75





Hacemos lo mismo para ver los resultados mediantes los métodos iterativos hacemos click en Resultados I.



En los métodos iterativos tenemos los siguientes métodos: GAUSS SEIDEL, JACOBI, GRADIENTE, GRADIENTE CONJUGADO.



Como con los métodos directo elegimos un método deseado para visualizar los resultados, en este caso nos presenta la matriz de iteraciones y en la última de las columnas nos indica la norma de los vectores respuesta.


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METODO DE GAUSS SEIDEL

METODO DE JACOBI


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METODO DE GRADIENTE

METODO DE GRADIENTE CONJUGADO


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

También podemos visualizar los resultados de todos los métodos y comparados con los resultados del MATLAB, para ello hacemos click en SOLUCION GENERAL y en Resultados.



El programa también nos da la opción de poder hallar los valores y vectores propios de un matriz, mediante dos métodos, para ello hacemos click en el menú EIGEN PROBLEMAS y en la opción Datos Para EGP.



Nos aparece la opción para definir el tamaño de la matriz cuadrada, a si como el número de tolerancia que se va a cometer para hallar los respectivos valores y vectores propios.


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

Luego de haber ingresados todos los datos procedemos a realizar el cálculo haciendo click en CALCULAR, si se desea podemos ingresar una matriz nueva haciendo click en NUEVO.



Para visualizar los resultados hacemos click en el menú METODOS DE EP y en la opción Resultados EGP, mostrándonos la siguiente interfaz.


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

Como en los resultados de SEL nos muestra un cuadro en el cual nos presenta los métodos para la visualizar los resultados



Hacemos click en una de las opciones para visualizar los resultados con un método deseado


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METODO JACOBI

METODO JACOBI MODIFICADO



De esta manera hemos concluido con la explicación del programa espero que les interese el programa y que lo utilicen para salir hacemos click en SALIR


Página 82





Finalmente hacemos click en YES

Este es un ejemplo de programación en GUI como se puede observar la programación es gráfica y de interacción con el usuario. Este tipo de programación es la más común en MATLAB, siendo de gran ayuda para la elaboración de los programas. Se debe tener en cuenta que en MATLAB ya contamos con diversos comandos matemáticos que ofrecen y garantizan una mayor rapidez en la elaboración de los programas y una sencillez para la interpretación de los códigos en la elaboración de los diferentes tipos de programas, con lo que no cuentan otros lenguajes de programación como son el C, entre otros. También se debe conocer que MATLAB por poseer estos comandos matemáticos en su leguaje de programación el tiempo de ejecución de los programas es más lento que los otros lenguajes de programación en donde no existe estos comandos y se debe crear sus códigos de ejecución para cada programa, pero esta diferencia no es muy notoria por lo que hace a MATLAB como un herramienta de gran utilidad para la elaboración de programas.


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL CAPITULO VII

PRÁCTICAS DIRIGIDAS

7. CAPITULO VII: PRACTICAS DIRIGIDAS 7.1. PRACTICA N° 01: ANALISIS NUMERICO Hallar el valor de las siguientes operaciones, los ángulos de las razones trigonométricas están dados en radianes:














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7.2. PRACTICA N° 02: MATRICES Y ARREGLOS Sean las matrices A y B:

;

Resolver las siguientes operaciones matriciales:    

Sea la matriz F:

       


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7.3. PRACTICA N° 03: PROGRAMACION EN SCRIPT

Desarrolle un programa para los siguientes ejemplos:  Desarrolle un programa que le permita leer dos valores en las variables A y B, y le permita escribir el resultado de la suma, resta, multiplicación, división y potenciación de los números.  Desarrolle un programa que le permita leer un valor entero, calcular sus raíces cuadrada, cubica, de dicho numero y expresar el resultado.  Desarrollar un programa que le permita leer un valor numérico y determinar si este es par o impar, positivo o negativo y mostrar el resultado.  Desarrollar un programa para determinar si un numero X es múltiplo de un numero Y.  Desarrollar un programa que pueda leer tres valores, almacenarlos en las variables A,B y C, luego determinar cuál de los 3 números es el mayor y menor, mostrando los resultados. Los tres valores A, B y C son distintos.  Desarrolle un programa que le permita determinar la suma de los primeros n números impares.  Desarrollar un programa que permita visualizar los 100 primeros números naturales.  Desarrollar un programa que permita calcular el promedio de los primeros n números naturales.  Desarrollar un programa que permita calcular el factorial de un número natural.


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7.4. PRACTICA N° 04: PROGRAMACION EN M-FILE Elabore un programa en M-File Function, el cual nos permita desarrollar los diferentes tipos de sumatorias y productos que a continuación se mencionaran, este programa solo debe pedir como dato de entrada un solo valor, y la visualización de las respuestas deben estar etiquetadas, señalando el tipo de suma o producto que se desarrolla y su respectiva respuesta para cada caso. Las sumatorias que se van a desarrollar en el programa serán:  La suma de los primeros N números naturales y su respectivo promedio.

[1.1]  La suma de los primeros N números naturales pares y su respectivo promedio.

[1.2]  La suma de los primeros N números naturales impares y su respectivo promedio.

[1.3]  La suma de la siguiente serie(1):

[1.4]  La suma de la siguiente serie(2):

[1.5]

 La suma de la siguiente serie(3):

[1.6]


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Los productos que se van a desarrollar en el programa serán:  El producto de los primeros N números naturales (factorial).

[1.7]  El producto de los primeros N números naturales pares.

[1.8]  El producto de los primeros N números naturales impares.

[1.9]  El producto de la siguiente serie(4):

[1.10]  El producto de la siguiente serie(5):

[1.11]

 El producto de la siguiente serie(6):

[1.12]


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7.5. PRACTICA N° 05: PROGRAMACION EN GUIDE Desarrollar una interfaz grafica para desarrollar el siguiente tipo de armaduras isostáticas, en el siguiente gráfico se muestra la estructura de la armadura, a si como el número de elementos con la que cuenta y los apoyos correspondientes. El programa debe calcular cada fuerza que se ejerce en cada barra de la armadura, también debe determinar si la barra se encuentra sometida a tracción o compresión. Adicionalmente se puede agregar al programa las áreas de las secciones transversales de cada barra para determinar los esfuerzos normales que se ejercen en cada barra, lo cual se debe tener en cuenta para el diseño.

Figura 7.1. Armadura simétrica isostática.

Se debe tener en consideración la aplicación de fuerzas externas en las dos direcciones en los nudos de la armadura, como se ve en la figura siguiente. Los triángulos que se forman en la armadura deben de ser triángulos rectángulos.

Figura 7.2. Armadura simétrica isostática.


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Manteniendo las mismas dimensiones de la Figura 1.2. realizamos el diagrama de cuerpo libre de la armadura, se ve en la Figura 1.3. que el sentido de las fuerzas que se ejercen en las barras es de tracción, entonces si las fuerzas obtenidas al final de resolver la armadura nos resultan negativas diremos que esas barras se encuentran sometidas a compresión, lo mismo aplicaremos para el sentido de las reacciones.

Figura 7.3. Diagrama de cuerpo libre de la armadura.

Analizando en cada nudo obtenemos: [7.1] [7.2] [7.3] [7.4] [7.5] [7.6] [7.7] [7.8] [7.9]


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[7.10] [7.11] [7.12] [7.13] [7.14] [7.15] [7.16] El siguiente sistema de ecuaciones lineales se puede resolver por diversos métodos numéricos, a continuación mostraremos el sistema de ecuaciones lineales en forma matricial.


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL ANEXO A

RESUMEN DE FUNCIONES

8. ANEXOS 8.1.ANEXO A A continuación se presentan los diferentes tipos de funciones que MATLAB ofrece dentro de su lenguaje de programación, se puede encontrar funciones matemáticas, que realizan tareas entre otros. En la siguiente tabla se presenta la función con su respectiva descripción.


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL ANEXO B

GUIA DE INSTALACION

8.2.ANEXO B


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MATLAB APLICADO A LA INGENIERIA CIVIL REFERENCIAS

9. REFERENCIAS

[1] JAVIER GARCÍA DE JALÓN, JOSÉ IGNACIO RODRÍGUEZ, JESÚS VIDAL. Aprenda Matlab como en primero. Universidad Politécnica De Madrid.

[2] DELORES M. ETTER. Solución de problemas de ingeniería con Matlab. A Simon y Schuster company. Segunda Edición.

[3] RAFAEL PALACIOS. Curso Rápido de Matlab. Universidad Pontificia Comillas. Diciembre 2004.

[4] HERON MORALES MARCHENA. Matlab 7 Métodos Numéricos y visualización Gráfica. Grupo Editorial MegaByte. Primera Edicion Marzo 2005.


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Matlab Para Ing. Civil

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