Octave - 9 (cykly)

23. 3. 2006 | Jiří Poláček | Programování | 6894×

Konečně můžeme v Octave začít programovat – seznámíme se s konstrukcí cyklů while, do-until a for.

Cyklus s podmínkou

Cyklus v programu dovoluje opakovat stále tytéž příkazy – což neznamená, že by produkovaly stále tytéž výsledky. Obvykle příkazy pracují s nějakými proměnnými, jejichž obsah se v průběhu smyček cyklu může měnit. Bývá také záhodno cyklus po určité době ukončit – typicky na základě platnosti nějaké podmínky, která se velice často vztahuje na hodnoty proměnných, s kterými příkazy cyklu pracují.

Klíčové slovo while otevírá programovou konstrukci cyklu s podmínkou na začátku, za kterým následuje podmínka – výraz, u kterého Octave stejně jako u větvení vyhodnotí, zda platí, či neplatí. V případě, že je podmínka splněna, provedou se příkazy uvedené dále až do výskytu klíčového slova end (respektive endwhile), které konstrukci cyklu uzavírají, a – což je důležité – vracíme se zpět na začátek cyklu. Opět se tedy testuje podmínka, zda (stále ještě) platí – a opět se provádí příkazy v těle cyklu, je-li podmínka splněna – a tak pořád dokola, dokud podmínka splněna není. V takovém případě docházení k okamžitému ukončení cyklu – příkazy v těle cyklu se již neprovádějí, program pokračuje příkazy uvedenými za ukončovacím end cyklu.

Příkladem cyklu s podmínkou budiž házení kostkou – dokud nepadne šestka, házíme znovu:

>> hod=0; while hod ~= 6 hod=fix(rand(1)*6)+1, end
hod = 5
hod = 1
hod = 1
hod = 4
hod = 4
hod = 4
hod = 6

Podmínkou příkladu je výraz hod ~=6, tj. že hodnota proměnné hod je různá od šesti. Je-li tato podmínka splněna, provede se příkaz hod=fix(rand(1)*6)+1, který říká, aby se do proměnné hod uložilo náhodně vygenerované celé číslo z intervalu 1 až 6 – tímto způsobem simulujeme jedno hození kostkou. Princip cyklu nás vrací na začátek, kdy se znovu testuje podmínka, v našem případě, zda-li již jsme tu šestku hodili, či nikoliv. V okamžiku, kdy padne, se další házení již neprovádí, cyklus končí, jak je také patrno z výpisu. Úvodní přiřazovací příkaz na řádku provádí inicializaci proměnné – abychom mohli v cyklu nejdříve testovat a pak teprve házet, musí být proměnná hod zavedena předem (s hodnotou takovou, aby podmínka pro první testování splněna byla).

Jiné vhodné využití cyklu while je například v programu pro výpočet zbytku po dělení dvou čísel s výhradním použitím operace odečítání:

--[funkce zbytek.m]--
function vysl=zbytek(delenec, delitel)
while delenec > delitel
  delenec = delenec - delitel;
end
vysl = delenec;  
--[konec funkce]--
>> zbytek(46,7)
ans = 4

Doplňující drobnosti

Octave také obsahuje variantu cyklu s podmínkou na konci. Cyklus začíná slovem do, za kterým následuje blok příkazů. Ten je uzavřen klíčovým slovem until následovaným podmínkou. Podmínka je tedy úplně na konci cyklu (slovo end se zde nepoužívá) a od cyklu while se odlišuje také tím, že k opakování příkazů v těle cyklu dochází v případě, kdy podmínka splněna není! Při splnění podmínky se cyklus opouští; příklad na házení kostkou, dokud nepadne šestka, tedy lze ekvivalentně zapsat takto:

>> do hod=fix(rand(1)*6)+1, until hod==6

Všimněte si též, že příkazy cyklu s podmínkou na konci se vždy alespoň jednou provedou (neboť až poté se testuje podmínka), inicializace proměnné hod tedy v tomto případě není potřeba.

Jedna poznámka k psaní podmínek v cyklech a větveních programu – častou programátorskou chybou je zapsání příkazu přiřazení namísto porovnání dvou hodnot (tj. namísto dvou rovnítek pouze jedno), což samozřejmě vede k neočekávaným výsledkům. Octave ve výchozím nastavení na tuto skutečnost upozorňuje varováním:

>> a=10; if a=4 disp('Podminka plati'); end
warning: suggest parenthesis around assignment used as truth value
Podminka plati

Varování lze vypnout přiřazením nuly do vestavěné proměnné warn_assign_as_truth_value.

Cyklus s předem známým počtem opakování

Někdy jsme předem schopni vyjádřit, kolikrát se má daný blok příkazů provést. Pro Octave, respektive Matlab, je typické, že se nějaké příkazy mají provést pro všechny prvky vektoru či matice, a to právě jednou – celkem se tedy cyklus provede právě tolikrát, kolik prvků daný vektor či matice obsahuje. U cyklu while můžeme tento problém vyřešit zavedením čítače – proměnné, ve které budeme počítat, kolikrát již daný cyklus proběhl, a v podmínce cyklu budeme kontrolovat, zda už cyklus proběhl „dostatečněkrát“. Mějme například funkci, která vstupní vektor pozmění tak, že ke každému prvku přičte pozici, na které se ve vektoru nachází, tj. například z vektoru [1 1 4] udělá vektor [2 3 7]:

--[funkce pricitani.m]--
function w=pricitani(v)
citac = 1;
pocet_prvku = length(v);
while citac <= pocet_prvku
	w(citac) = v(citac) + citac;
	citac = citac + 1;
end
--[konec funkce]--

Před začátkem cyklu bylo nutno čítač inicializovat a v těle cyklu pak jej zvyšovat o jedničku. Tyto starosti, které jsou často příčinou chyb v programu, lze hodit za hlavu s konstrukcí cyklu s předem známým počtem opakovaní uvozované klíčovým slovem for. Přepišme naši funkci pricitani to této podoby:

--[funkce pricitani.m]--
function w=pricitani(v)
pocet_prvku = length(v);
for citac = 1:pocet_prvku
	w(citac) = v(citac) + citac;
end
--[konec funkce]--

Inicializace a navyšování čítače z programu zmizely a namísto podmínky cyklu je zde přiřazovací výraz. Jak to tedy funguje? Už víme, že zápis 1:pocet_prvku nám vytvoří posloupnost od jedničky do hodnoty uložené v proměnné pocet_prvku s krokem jedna, v „uvažování“ Octave se tedy jedná o vektor [1 2 3 4 5 ... pocet_prvku]. Hlavní trik cyklu for spočívá v přiřazování tohoto vektoru do čítače – narozdíl od přiřazování kdekoliv jinde v programu se zde neuloží celý vektor do proměnné najednou, ale v každé smyčce cyklu postupně pouze jeden prvek vektoru (přesněji řečeno jeden sloupec proměnné, která je výsledkem výrazu – u matic by se tedy jednalo o sloupcové vektory, kterých by čítač postupně nabýval).

Cyklus tedy pracuje tak, že nejdříve do čítače uloží hodnotu prvního prvku z vektoru, v našem případě tedy číslo 1, a nechá proběhnout tělo cyklu, pak do čítače vloží následující hodnotu z vektoru – číslo 2 – a nechá proběhnout tělo cyklu podruhé, a tak dále, dokud nevyčerpá všechny prvky vektoru.

Jiné příklady – bude-li výraz 1:10, cyklus proběhne desetkrát s hodnotami čítače od jedné do desíti; bude-li výraz [4 7 -1 3] proběhne cyklus čtyřikrát, přičemž čítač postupně nabude hodnot 4, 7, -1 a 3.