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Institut Galilee - Universite Paris 13 Introduction a Matlab Sup Galilee - Ingenieur 1ere annee 2016 { 2017TP 3 : Les fonctions dans Matlab Dans ce TP, nous verrons l'utilisation des fonctions dans Matlab. Nous verrons comment ecrire une fonction dans Matlab, ainsi que comment appeler une fonction codee en C dans Matlab. Vous devez avoir termine le TP2 avant de commencer ce TP. De plus, vous devez realiser ce TP sous Matlab Linux.
1 Ecrire des fonctions en Matlab
1.1 Ecrire des fonctions simples
Pour ecrire une fonction dans Matlab, la premiere regle a respecter est de donner au chier .m le m^eme
nom que la fonction que l'on est en train d'ecrire. Par exemple, une fonction qui s'appelleraitmafact
devra ^etre ecrite dans le chiermafact.m. Pour ecrire, une fonction dans Matlab, on doit d'abord donner le noms des valeurs en sortie genereespar la fonction, puis le nom de la fonction, et enn le noms des parametres en entree de la fonction :function [sortie1,sortie2, ...] = nom_fonction(entree1,entree2, ...)
endPar exemple, si on souhaite faire une fonctionproduit, qui calcule et renvoie en sortie le produit de
deux scalaires passes en parametre, on ecrira dans le chierproduit.m:function [res] = produit(a,b) res = a*b; endPour tester cette fonction, placez-vous (a l'aide de l'explorateur de chiers Matlab) dans le repertoire
qui contient le chierproduit.met on ecrira dans la fen^etre de commande :e = produit(2,4); Une fois cette commande executee, on recupere bien dansela valeur de sortie de la fonction, c'est a dire le produit des deux parametres en entree. On remarquera que l'on ne voit pas, dans la zone des variables de Matlab, une variable nommee res. En eet, la variableresest interne a la fonctionproduit, et ne vit que pendant l'appel de cettefonction. Une fois la fonction terminee, la variable est eacee. De plus, la variableresn'existe que pour
la fonctionproduit: elle ne peut pas ^etre lue par une autre fonction ou par une commande directement
dans Matlab. On recupere la valeur deresen la declarant comme une valeur de sortie de la fonction, et
en recuperant cette sortie dans la variablee. Considerez cette autre fonction :function [res] = somme res = a+b; end Cette fois-ci, on appellera cette fonction ainsi : a=2; b=4; e = somme(); Cette fonction ne marche pas : m^eme s'il existe des variablesaetbdans les variables de Matlab, cene sont pas des variables internes a la fonctionsomme. Or, une fonction ne peut pas lire les variables de
Matlab, elle ne conna^t que ses variables internes et les variables passees en parametre. Voila pourquoi,
dans la fonctionproduit, on donnait les valeurs a multiplier comme des parametres d'entree de la fonction : c'est le seul moyen de transmettre a la fonction une ou plusieurs valeurs. Si on recapitule, on doit, pour ecrire une fonction, decider de plusieurs elements : Un nom de fonction, qui devra ^ etreaussi le nom du c hierdans lequel sera ecritla fonction. Des param etresd'en treede la fonction, qui seron tles v aleursdes elementsdon taura b esoinlafonction pour realiser son calcul, et qu'elle ne pourra pas decider d'elle-m^eme. Il est important de
comprendre que la fonction ne peut pas lire les variables de la zone des variable de Matlab : une fonction ne conna^t que ses variables internes, c'est a dire celles declarees en parametres d'entree ou declarees dans le code m^eme de la fonction.Des param etresen sortie de la fon ction,qui seron tles v aleurscalcul eespar l afonction, et que l'on
souhaite recuperer une fois la fonction terminee. Si vous regardez bien l'appel que vous avez fait de la fonctionproduitjuste avant, vous verrez que la variableresinterne a la fonction n'est pas dans la zone des variables de Matlab. En eet, une fois la fonction terminee, toutes ses variables internes sont detruites. Ici, on recupere le resultat du calcul gr^ace a la variableequi n'est pasinterne a la fonction (elle n'est pas declaree dans la fonction) et qui est utilisee, lors de l'appel a
la fonction, comme une variable de sortie. Enn, considerez cette fonction qui ne prend aucun parametre de sortie :function incrementer(a) a=a+1; end Cette fonction ajoute simplement 1 a son entree. Testez-la ainsi dans Matlab : e = 1; incrementer(e); La fonction s'execute, mais la variable e n'est pas incrementee de 1. Ceci est du au fait que Matlabtransmet les parametres d'entree par valeur : lorsque la fonctionincrementerest appelee, la variablee
n'est pas substituee a la variablea; c'est la valeur deequi est recopiee dansa. Toutes les modications
realisees ensuite dansasont perdues lorsque la fonction se termine, eten'a jamais change de valeur.En C, c'est la m^eme chose : par defaut, les variables sont passees par valeur, ce qui signie que si une
fonction modie la valeur d'un de ses parametres d'entree, ceci n'a aucune consequence sur les variables
de la partie principale du programme. Il existe un mecanisme, utilisant les pointeurs, an de modiercette limitation et faire ce que l'on appelle le passage de parametres par reference (et non plus par valeur).Questions
Commen tfaire, selon v ous,p our ecrireune f onctionincrementerqui incremente la valeur donnee en entree? Ecriv ezune fon ctionqui ren voieen sortie le maxim umde trois v aleurspass eesen param etre d'entree. Ecriv ezune fonction qui ren voiela v aleuret le n umerod'ordre de l' elementd'une matrice Aqui est le plus proche d'une valeurb. A vous de bien re echir aux parametres d'entree et de sortie de la fonction.1.2 Ecrire des fonctions avec un nombre variable de parametres en entree
On peut ecrire des fonctions dont le nombre de parametres n'est pas xe, mais peut grandir. Pour cefaire, on declare la fonction ainsi :function [sortie1,sortie2, ...] = nom_fonction(entree1,entree2,...,varargin)
endIci, on declare une fonction avec un certain nombre de parametres de sortie obligatoires, ainsi qu'un
certain nombre de parametres d'entree obligatoires. Le mot clefvararginpermet de specier qu'en plus des entrees obligatoires, il pourra y avoir des entrees supplementaires a la fonction.Considerez ce code qui permet de faire le produit de tous les entiers passes en parametre de la fonction :function [res] = produit(a,b, varargin)
res = a*b; for i=1:length(varargin) res = res*varargin{i}; end end Si l'on appelle ensuite, dans l'editeur de code Matlab, la fonction ainsi : r = produit(2,4)La fonction place dansrla valeur 8, comme on pouvait s'y attendre. Si l'on appelle la fonction ainsi :r = produit(2,4, 3, 7)
La fonction place dansrla valeur 168. En realite, la fonction a place dans son parametre d'entree ala valeur 2, dans son parametre d'entreebla valeur 4, et dans le parametre d'entreevararginuneliste contenant les nombres 3 et 7. Dans le code de la fonction, on parcourt cette liste et on multiplie la
variableresavec les valeurs de la liste. Enn, si on appelle la fonction ainsir = produit(2) Matlab ache un erreur, expliquant que nous n'avons pas saisi susamment de parametres. En eet,on a bien specie dans le corps de la fonction qu'il fallait au moins, en parametres d'entree, deux valeurs
aetb, ce qui n'est pas le cas ici...Questions Ecrivez une fonction qui renvoie le maximum de toutes les valeurs passees en parametre d'entree. Il faut passer au moins une valeur a la fonction.1.3 Ecrire des fonctions avec un nombre variable de parametres en sortie
An d'ecrire des fonctions avec un nombre variable de parametres de sortie, on utilise le m^eme principe
que precedemment, mais avec le mot clefvarargout. Par exemple, voici le code d'une fonction permettant
de demander des entiers a l'utilisateur pour remplir les variables de sortie :function [varargout] = demander()
for i=1:nargout varargout{i} = input('Entrez une valeur : '); end end La grande dierence avec la partie precedente vient de l'utilisation du mot clefnargoutqui permetde conna^tre le nombre de parametres de sortie choisi par l'utilisateur. EN eet, on peut pas utiliser la
fonctionlengthsur la variablevarargoutcar elle n'est pas encore construite et initialisee lorsque lafonction debut. C'est au fur et a mesure que l'on remplit les valeurs devarargoutfkgdans la boucle for
que cette variable est construite. Si l'on appelle cette fonction ainsi :[a b c] = demander(); Alors la fonction demandera trois elements qu'elle rangera dans les variablesa,betc.Questions 1. Ecriv ezune fonction qu iac hele maxim umde tou tesles v aleursp asseesen param etre,ainsi que, si demande, la position de ce maximum. La fonction doit prendre au un parametre en entree, et produire au moins un element en sortie. 2. Ecriv ezune fonction qui prend en param etreune matrice, et ren voieen sortie les nplus grands elements de cette matrice, ounest le nombre de parametres en sortie de la fonction. Le taille de la matrice doit necessairement ^etre superieure an, ou la fonction produira une erreur (avec la fonctionerror).2 Utiliser MEX dans Matlab
2.1 Un premier programme C sous Matlab
MEX (Matlab EXecutable) est une commande Matlab permettant de compiler du code C an de pouvoir ^etre appele dans Matlab. Pour l'utiliser, il faut evidemment savoir coder en C, ce que vousdevriez savoir faire gr^ace aux cours d'Informatique de Base. Pour commencer, nous allons ecrire un tres
court programme C qui achera simplement bonjour.A l'aide de votre editeur de code prefere (geditou autre), ecrivez ce code dans un chierhellomat.c:#include
celui qui contient le chierhellomat.c. Tapez alors cette commande dans l'editeur de commandes :mex hellomat.c
Si tout s'est bien passe, vous devriez n'avoir eu aucun message d'erreur (peut-^etre un message d'aver-
tissement concernant la version degcc), et un chierhellomat.mexa64. Il vous sut, pour executer votre programme C sous Matlab, d'ecrire, dans l'editeur de commandes Matlab :hellomat Vous devriez voir s'acher a l'ecran le message Bonjour! Si on regarde attentivement notre programme C, on remarque deux elements : On i ncluele c hiermex.h, qui contient l'equivalent des nombreuses commandes utiles pour faire communiquer Matlab et C. On ecritla fonction principale comm emexFunction, et non pas commemain.2.2 Gerer les entrees dans le programme
Conna^tre le nombre d'entrees d'un programme
Simplement acher bonjour a l'ecran est un premier pas, mais pour pouvoir faire des programmesinteressants, il faut pouvoir echanger des variables entre Matlab et le programme C. Pour ce faire, on
utilise les parametres de la fonctionmexFunction. Le premier parametre qui nous interesse est l'entier
nrhsqui nous donne le nombre de parametres en entree de la fonction. Ecrivez ce programme dans le chierparam.c, et compilez-le avecmex:#includeentree de la fonction sous Matlab. Ces parametres peuvent ^etre des nombres ou des tableaux.Questions
Ecrivez (et testez) un programme C qui permet de verier que l'utilisateur a bien entre, dans la fonction, trois ou quatre parametres. Si ce n'est pas le cas, on ache le messageErreuret on interromp le programme avec le mot clefreturn. Sinon, on acheOk.Recuperer en entree des valeurs de type double
On peut connaitre le nombre d'entrees d'un programme, il nous manque maintenant a pouvoirrecuperer ces entrees. Nous allons commencer par tenter de recuperer des scalaires (des double). Tout
se passe avec la variableprhs, qui est un tableau. Chaque case de ce tableau contient une des variables
passees en entree de la fonction sous Matlab. Ecrivez ce code dans le chierparam2.c, et compilez-le avecmex:#include3.000000
4.000000
8.000000
9.000000
Ce code nous permet d'identier deux elements importants du code C avec Matlab : Le tableau prhscontient tous les parametres passes a la fonction dans Matlab. On ne peut pas utiliser directement ces parametres, il faut utiliser une fonction pour les convertir. Lorsque ces param etresson tdes scalaires de t ypedouble, on peut les stocker dans undouble avec la fonctionmxGetScalar.Questions 1. Ecriv ezune fonction Mex prodqui ache le produit de tous les scalaires passes en parametre de la fonction :>> prod(2, 6, 8) 962.Ecriv ezune fonction Mex monmaxqui ache le maximum de tous les scalaires passes en
parametre. 3. Que se passe-t-il si v ousrenommez la fonction mymaxenmaxet recompilez le chier avec mex?Recuperer en entree des valeurs de type matrice
On peut evidemment, dans Matlab, recuperer des matrices passees en parametre d'une fonction.Matlab propose des fonctions an de recuperer, pour chaque matrice passee en parametre, sa taille, son
nombre de dimensions, et ses valeurs. Il est important de savoir que, dans un code C Mex, les matrices
sont vues comme des vecteurs, ou chaque element est range a la place correspondant a son numero d'ordre
(cependant, en C, le numero d'ordre commence a 0). Considerez le code suivant a copier (et compiler) dans le chiermatrice.c:void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) int i, nb_dim, nb_elem; const int *size; if(nrhs < 1) printf("Il faut donner au moins un parametre en entree\n"); return; nb_dim = mxGetNumberOfDimensions(prhs[0]); printf("Le tableau en premier parametre possede %d dimensions\n", nb_dim); size = mxGetDimensions(prhs[0]); for (i=0; iQuelle methode est la plus rapide?
2.3 Gerer les sorties dans le programme
Conna^tre le nombre de sorties d'un programme
Pour conna^tre le nombre de sorties d'un programme, il sut d'examiner la variablenlhs, qui speciele nombre de parametres en sortie attendus lors de l'appel de la fonction. Essayez ce code C Mex, a copier
dans le chieroutputtest.c:#include