Blog (16)
Komentarze (1.1k)
Recenzje (0)

Scilab w praktyce

Strona główna@revcoreyScilab w praktyce
20.01.2012 19:14

Scilab jest programem przeznaczonym do obliczeń numerycznych tzn. operujemy tutaj na liczbach, niemniej jednak scilab wraz z dodatkowym pluginem obsługuje obliczenia symboliczne. Dokładniej polega to na integracji scilab z programem maxima.

Pierwszym pytaniem jakie ciśnie się na usta jest jak możliwości programu wyglądają względem matlaba i Gnu Octave. Jeśli idzie o porównanie z Gnu octave zdecydowanie przewyższa on ten że program oferując większą liczbę funkcji a także xcos (namiastkę simulinka), jednak posiada on jedną istotną wadę względem niego. W przeciwieństwie do octave, scilab nie stara się być kompatybilny z składnią matlaba ,aczkolwiek warto zauważyć że twórcy scilab dostrzegli ten problem i przygotowali program tłumaczący wywołania interpretera matlaba na składnie scilaba. Sam program pomimo sporych możliwości nadal odstaje od matlaba pod względem ilości funkcji, o ile funkcje statystyczne nie odbiegają specjalnie od matlaba to w przypadku innych dziedzin jest gorzej.

Warto zauważyć także że całkiem niedawno (od wersji 5.3) pojawiła się Polska wersja językowa, a także powołano konsorcjum scilaba w celu zapewnienia komercyjnego wsparcia.

O Scilab

Po uruchomieniu (scilab 5.3.3 x64 win7) widzimy główne okno programu w którym znajduje się interpretator wraz z toolbarem. W tym stanie można przystąpić już do pisania ,chociaż znacznie wygodniejsze wydaje się wywołanie Scinotes czyli wbudowanego edytora. Zapewnia on podświetlanie składni i w zasadzie umożliwia wygodne tworzenie dość dużych projektów. Oprócz tego warto wspomnieć o module Atoms. Jego zadaniem jest udostępnienie dodatkowych pluginów i w ten sposób rozszerzenie możliwości scilab. Pluginy podzielono na kategorie w celu ułatwienia zarządzania nimi.

bEKbAZZz

Dokumentacja oprogramowania jest niestety dużo słabsza niż dostarczona przez mathworks w matlabie mimo to warto się z nią zapoznać. Nie będę tu omawiał od podstaw składni ,a dam przykłady użycia dlatego z składniom zapoznać trzeba się samemu. W internecie dostępnych jest wiele opracowań na temat podstaw składni.

Zadanie

Zapewne każdy z nas zapoznał się w szkole z pojęciem rzutu ukośnego bez oporów. Ale dla przypomnienia jest to ruch ciała które na początku spoczywało i wykonano rzut pod pewnym kątem do poziomu np. rzucamy kamień i ona najpierw wznosi się a później opada.

Naszym celem będzie obliczenie i wykreślenie drogi jaką przebył nasz kamień podczas lotu. Wzory podstawowe znajdują się np. na wikipedii pod hasłem 'rzut ukośny'.

bEKbAZZF

kolory=['—r','b','g']	//1
x=0;	//2
y=0;
a=15*%pi/180;
v0=50;
g=9.81;
z=(v0^2 * sin(2*a));	//3
t=linspace(0,10);	//4
xp=v0.*t.*cos(a);	//5
n=3;
for( i=1:n)	//6
ytor=xp.*tan(a*i)-(g*xp.^2)/(2*v0^2*(cos(a*1))^2);	//7
plot(t,ytor,kolory(i)); 	//8
end   
  • 1. Tablica z kolorami, zawarto w niej trzy kolory. Litera identyfikuje kolor czyli g-green(zielony), wysapujące dwie kreski – przy r oznaczają że krzywa ma być wykreślona linią przerywaną czerwoną (r-red)
  • 2. Internalizacja warunków początkowych (x,y), kąta(a), prędkości początkowej (v0) itd.
  • 3. Zasięg rzutu
  • 4. Tworzymy wektor z czasem, funkcja linspace tworzy wektor który rozpoczyna się od wartości 0 a kończy na liczbie 10. Wartości pośrednie wzrastają od 0 do 10 w równych odstępach.
  • 5. Położenie ciała po czasie t względem osi x
  • 6. Pętla for(...) wartość początkowa to 1 a końcowa 3, scilab automatycznie postinkrementuje co 1 przy każdym przebiegu i sprawdza warunek
  • 7. Równanie toru
  • 8. Tworzy wykres pierwszy argument to czas w jakim odbywał się ruch, drugi to tor ruchu, a trzeci to kolor z tablicy z kolorami. Wybierany na podstawie obecnej wartości zmiennej i.

Aby określić maksymalną wysokość możemy skorzystać z datatip. W oknie w którym pokazał się wykres wybieramy Edycja=>Uruchom menadżer Datatip po czym klikamy na krzywą i przesuwamy kwadracik po jej obwodzie. Dodatkowym zadaniem do domu dla czytelników jest dodanie legendy :)

Wykres rzutu ukośnego przy różnych kątach
Wykres rzutu ukośnego przy różnych kątach

Teraz spróbujmy dorobić GUI do programu. Scilab umożliwia ręczne napisanie GUI niestety jest to dość kłopotliwe dlatego warto skorzystać z dodatkowych pluginów. Uruchamiamy Atoms, znajdujemy zakładkę GUI po czym instalujemy guibuilder. Restartujemy scilab i w konsoli wpisujemy guibuilder.

Wygląd guibulder
Wygląd guibulder

Wybieramy Text(wpisujemy nazwę zmiennej i co ma wyświetlić (String)) po czym na obszarze roboczym po prawej stronie klikamy lewym przyciskiem i wskazujemy rozmiar myszką po czym klikamy jeszcze raz aby zatwierdzić. Tworzymy tak trzy opisy: kąt, prędkość, czas o nazwach kat, predkosc, czas. Następnie dodajemy Edit: o nazwach kat_edit, predkosc_edit, czas_edit. Teraz czas na przycisk zatwierdzający, przerzucamy Pushbutton o nazwie ok.

bEKbAZZG

W oknie graficznym po lewej stronie wybieramy 'Generate' => 'Generate GUI CODE'. Zapisujemy plik i powinien nam otworzyć się Scinotes, zjeżdżamy na sam dół i odnajdujemy function ok_callback (handles), funkcja ta odpowiada za akcję jaka zostanie podjęta po wciśnięciu przycisku ok. Nazewnictwo takich funkcji wygląda następująco nazwa_callback (handles).

W funkcji umieszczamy następujący kod:


x=0;
y=0;
execstr('a='+handles.kat_edit.String+'*%pi/180'); 	//1

execstr('v0='+handles.predkosc_edit.String);
execstr('tlast='+handles.czas_edit.String);

g=9.81;
z=(v0^2 * sin(2*a));
t=linspace(0,tlast); 	//2
xp=v0.*t.*cos(a);

ytor=xp.*tan(a*1)-(g*xp.^2)/(2*v0^2*cos(a*1)^2);
figure(1);	//3
plot(t,ytor); 
  • 1. Funkcja excestr służy do wywoływania poleceń zapisanych w postaci napisu tzn. wpisując w interpretatorze execstr ('x=1'); , zostanie wykonany kod który spowoduje stworzenie zmiennej x o wartości 1. W tym przypadku musimy z gui wyciągnąć wartości wpisane w poszczególne rubryki (kat_edit itd.). Wielkości te reprezentowane są poprzez String toteż konieczne jest skorzystanie z funkcji excestr, dodatkowo musimy ten napis połączyć z odpowiednią zmienną czyli poprzedzić wartość w Stringu przypisaniem do zmiennej w tym przypadku 'a=' operator + załatwi resztę. Zauważmy także że nasza zmienna kat_edit znajduje się w strukturze handles podobnie jak pozostałe stworzone w guibuilder, w celu dostępu do niej (a także jej atrybutu) używamy operatora kropka czyli handles.nazwa_zmiennej.atrybut . Atrybut String reprezentuje napis w niej.
  • 2. Tworzenie wektora czasu, czas końcowy określany jest przez użytkownika.
  • 3. Konieczne jest stworzenie kolejnego okna ponieważ w przeciwnym wypadku wykres pojawił by się w oknie z gui. Uwaga nowe okno tworzone jest tylko raz.
Wykrs wraz z Gui
Wykrs wraz z Gui

Podsumowanie

Mam nadzieję że na podstawie tych dwóch prostych przykładów zainteresowałem czytelników scilabem. Z pełną premedytacją nie wspomniałem o xcos. Jeśli wpis się podobał być może powstanie coś w przyszłości na ten temat.

bEKbBaav