Semestr: zimní
SIS: zatím není
Celkový rozsah: 1/1
Další přednášející:
Co je potřeba znát před přednáškou: je dobré mít absolvovanou nějakou přednášku kvantitativní ekologie (třeba Ekologii společenstev, Populační biologii, Populační biologii rostlin, Biostatistiku nebo něco podobného). Rovněž je vhodné mít absolvovanou přednášku ze základní matematiky, nic z toho ale není nezbytné. (Dost taky záleží na tom, k čemu chcete nadále Matlab používat.)

Přednáška chce poskytnout základní techniky pro programování typických ekologických úloh v prostředí Matlabu. Tyto techniky pak mohou sloužit jak pro porozumění již existujícím funkcím a jejich úpravám, tak pro psaní vlastních funkcí orientovaných na specifické problémy. Řada badatelských problémů (v ekologii i jinde) je do značné míry specifických, takže často je není možné řešit pomocí běžného (natvrdo udělaného) softwaru, a je třeba si cosi "ukutit" sám. Hlavním cílem přednášky proto chce být zbavit účastniky obavy z programování a ukázat jim nástroj, který lze bez další zvláštní průpravy k běžnému programování použít. Přednáška se řídí heslem "je třeba se učit jen to, co je opravdu potřeba".

Kurs je vítanou přípravou ke kursu Praktikum dynamických modelů v ekologii.

Kurs má vždy úvodní přednáškovou část a navazující praktickou část v počítačové učebně. Rovněž očekávám práci na domácích úkolech! Rychlost postupu se budu snažit přizpůsobit potřebám zájemců.

Ve školním roce 2006/2007 se kurs bude konat, bude mít turnusovou formu. První setkání bude 12. 1. (celý den). Sraz v 9,00 v lichenoherbářích, notebooky případně s sebou. Případní další zájemci se prosím hlaste zde! Zájemci z jiných oddělení a kateder jsou vítáni.

Datum	Téma
12.1.	Domluva o struktuře kursu. Prostředí Matlabu. Prvky jazyka Matlab.
12.1.	Funkce. Přehled základních typů knihovních funkcí.
????	Programování vlastních funkcí, zásady algoritmizace úloh.
???	diskuse domácích úkolů a jejich presentace

Syllabus

Prostředí Matlabu: příkazová řádka a související věci

• Proč má cenu používat Matlab: "ukutit" sám.
• Obecná charakteristika prostředí Matlab. Matlab je jazyk i prostředí.
• Jazyky kompilované a interpretované - Matlab není striktně vzato ani jedno z toho. Skripty obtížně přenositelné (freewarový analog Octave)
• (i) Vtipné. (ii) Neprogramuj si sám, co už je naprogramováno. (iii) Geniálně jednoduchý výstup.
• Číslice, znaky, speciální znaky. Bílé znaky (mezera, tabulátor, nový řádek). Speciální a bílé znaky nesmí být součástí jmen proměnných. Jejich význam je rozmanitý, často závisí na kontextu.
• Příkazová řádka. Pracovní adresáře. Proměnné. Proměnná ans. Výstup na obrazovku. Speciální operátor středník (;),
• Přiřazovací příkaz (=). Základem jakéhokoli programu. Pozor: přiřazovací příkaz je příkaz zápisu do operační paměti. (Chyba při jeho použití proto může - na rozdíl od příkazů čtení - mít netušené následky.)
• Matlab workspace. Workspace browser. Příkazy who, load, save, pwd, cd.
• Pořadí hledání jmen v Matlabu. Vlastní proměnnou "přepíšu" předdefinovanou proměnnou.
• Helpwin a Helpdesk. Manuály. Se syntaxí nejsou žerty. Skoro nic není třeba umět zpaměti - spíš znát logiku a vědět, kde co hledat.

Prvky jazyka Matlab: konstanty, proměnné, funkce.

• Jména proměnných a hodnoty proměnných. Velikost proměnných. Adresa. Numerické (double) a znakové proměnné (char).
• Deklarace a přiřazení hodnot. Spoustu věcí udělá Matlab sám! Proměnná se deklaruje automaticky prvním přiřazovacím příkazem, ale nedeklaruje se použitím na pravé straně přřazovacího příkazu.
• Typy proměnných. Skaláry, vektory, matice. MATrix LABoratory.
• Některé speciální operátory při práci s maticemi a vektory: dvojtečka (:), hranaté závorky [], apostrof ('), středník (;)
• Funkce size, length. (Poznámka o tom, co to jsou funkce.)
• Přístup k jednotlivým hodnotám vektorů a matic. Příkaz end.
• Použití kulatých závorek: 1. přístup k prvkům matic a polí, 2. argumenty funkcí, 3. pořadí operací. Jejich označování v editoru Matlabu.
• Algebraické a logické operátory. Hierarchie operací.
• Použití algebraických a logických operátorů na vektorech a maticích. Vektor/matice a skalár, vektor/matice a vektor/matice.
• Maticové algebraické operátory (.* a ./) vs. skalární algebraické operátory (* a /) - pozor - běžný zdroj chyb!
• Textové proměnné a práce s nimi. Jména textových proměnných a hodnoty textových proměnných. Řadu operací s textovými proměnnými lze zvládnout s běžnými operátory. Funkce na práci s textovými proměnnými (concat, strcmp a další). Konverse textových proměnných na čísla a zpět. Parsing.

Funkce, argumenty funkcí, návratové proměnné.

• Argumenty.
• Návratové proměnné. Zacházení s funkcemi, které mají větší počet návratových proměnných.
• Použití funkcí z příkazové řádky.

Přehled důležitých typů funkcí a jejich použití.

• Matematické a další funkce skoro na všechno. (Než začneš programovat, hledej hotovou funkci.) V tomto kursu jen stručné bestiárium - aby si člověk byl vědom toho, co všechno lze funkcemi dosáhnout.
• Funkce na vytváření proměnných. Funkce zeros, ones, eye, rand, randn, linspace, operátor :.
• Poznámka o generování náhodných čísel.
• Funkce na zacházení s proměnnými. Funkce size, length, diag, dim, find, reshape, flipxx a rot90.
• Funkce sum, dif, prod, sort, sortrows.
• Zaokrouhlovací a jim příbuzné funkce. mod a rem.
• Matematické funkce. mod a rem.
• Funkce det, inv, eig.
• Použití matematických a dalších funkcí na skaláry, vektory a matice.
• Interpolace.
• Statistické funkce, statistická rozložení, least squares. Na statistiku asi lépe použít specialisované jazyky (R, Splus)
• Funkce na konversi času, dat a podobných formátů. Konverse textů.
• Sparse matrices.
• Function functions

Programování vlastních funkcí. Skripty.

• Deklarace a definice funkcí.
• Editor Matlabu. Používané konvence (barvy, kontrola závorek atd.)
• Základní struktury funkce: argumenty, jejich použití, volání hodnotou a volání adresou.
• Návratové hodnoty vlastních funkcí.
• Příkaz pause.
• Deklarace proměnných uvnitř funkcí. Workspace. Příkaz persistent.
• Použití proměnných mezi funkcemi. Přístupnost proměnných napříč funkcemi. Příkaz global.
• Funkce uvnitř funkcí.
• Použití funkcí jako procedur: Funkce mohou číst a tisknout soubory.
• Komentáře, operátor %.

Struktury jazyka: typy příkazů.

• Strukturované programování.
• Příkazy if, switch, for a while a související.

Zásady štábní kultury v programování. Důležité morality.

• Grafická úprava programu.
• Věci k případné změně vždy v hlavičce.
• Konstanty a popis dat zadávat zevně, ne uvnitř programu.
• I když celá činnost je z hlediska profesionálního programátora fušerství, nic nikdy nefušovat! (Fušerské triky člověk časem zapomene, a pak je chování programu nepředvidatelné). Zejména je důležité předpokládat, že data příště mohou vypadat jinak!
• Komentáře.
• Opakované použití proměnných.
• Vlastní konvence - dodržovat i ty. Pedantství.
• Elegance a jednoduchost. (nejen kvůli možnosti kontroly a pravděpodobnosti chyby.)
• Zálohování starých versí, protokolování změn.

Grafické funkce a jejich použití.

• Funkce plot a související příkazy.
• Okno obrázku a jeho vlastnosti. Příkazy hold, figure, gcf, clf a další.
• Funkce print (i do souboru, např. jpg)
• Funkce plot3, mesh, surf.
• Speciální grafické funkce. contour, fill, bar, hist, image.

Zásady algoritmizace úloh.

• Celá algoritmizace na začátku (rozvaha).
• Modulární struktura (rozdělení úlohy do dílčích funkcí) je výhodou (i když v Matlabu ne tolik). Jednotlivé funkce pak mohou být použity v různých úlohách.
• Navrhovat nové funkce podle možnosti obecně - nikdy člověk dopředu neví, co bude přesně potřebovat.
• Maximum použití existujících funkcí
• Maximum použití vektorové a maticové logiky: rychlost výpočtu - příklad váženého průměru. Někdy zhoršuje čitelnost programu (zejména jsou-li použity exotičtější funkce) - komentáře.
• Typické datové struktury v (ekologických) úlohách. Dobrá representace dat je polovina úspěchu.

Praxe programování: zkoumání hodnot proměnných, zásady testování programů, limitní případy.

• Ošetřit všechny případy vstupních proměnných, jež mohou nastat (nelze se spolehnout, že nenastanou!)
• Nízkoúrovňové a vysokoúrovňové testování
• Postupné zkoumání hodnot a typů (to druhé v Matlabu obzvlášť důležité) proměnných: nevěř ničemu, zejména ne ve vlastním programu
• Zkoumání chování dílčích funkcí v interaktivním režimu.
• Testování limitními případy.
• Testování malými soubory.
• Nikdy program není stoprocentně testován, ale to není důvod k tomu, aby bylo testování zanedbáváno.

Vstup a výstup dat ve funkcích.

• Alternativní komunikace s funkcemi: Funkce mohou číst a tisknout soubory.
• Vstup a výstup dat. Zásady I/O operací.
• Vysokoúrovňové funkce pro vstup a výstup (textread)
• Nízkoúrovňové funkce pro vstup a výstup, otevírání a zavírání souborů. Práva přístupu. Formátování.
• Tisk do souboru, tisk do textové proměnné.

Knihovny funkcí na internetu a jejich bezpečné využívání.

• Některé doporučitelné knihovny.
• Důvěra
• Freewarové analogy Matlabu ().

Na každou část navazuje praktikum věnované typickým ekologickým problémům. V něm si účastníci vytvoří skripty vlastní, budou zkoumat skripty svých kolegů a podobně.

Některé praktické odkazy

• Matlab home page
• Octave home page
• MATLAB Primer by Kermit Sigmon (moc hezké)

Domovská stránka