Prefacio
Este documento inicial es una contribución
bibliográfica para los estudiantes que toman un primer
curso de Programación de Computadoras a nivel
universitario con el soporte de MATLAB. El contenido de esta obra
no tiene pre-requistos, solamente el interés en conocer un
lenguaje actual que sea simple y versátil para resolver
computacionalmente problemas de diferente nivel de
complejidad.
El origen es la experiencia desarrollada por el autor
impartiendo estos cursos en el Instituto de Ciencias
Matemáticas (Departamento de Matemáticas
actualmente) para estudiantes de ingeniería de la ESPOL y
contiene parte del material desarrollado mediante ejemplos
típicos para decsribir los conceptos algorítmicos
en forma práctica y que son la base para resolver
problemas más complejos.
El énfasis es el componente algorítmico en
la solución de problemas y usa como soporte computacional
el programa MATLAB que contiene un amplio repertorio de funciones
para aplicaciones numéricas, gráficas y
simbólicas y dispone además de un lenguaje de
programación muy simple y general. Combinando estos
componentes se tiene un instrumento computacional muy potente
para resolver problemas en áreas muy diversas en
ingeniería, matemáticas y otras
ciencias.
En este segundo documento se describe el componente
programable de MATLAB el cual requiere usar instrucciones cuya
sintaxis es muy simple pero suficiente para resolver problemas
más complejos. Este componente es obligatorio para los
estudiantes que desean desarrollar su capacidad lógica
para enfrentar la solución de problemas para cuya
solución no es suficiente el componente interactivo de
MATLAB.
Otro objetivo importante al escribir estos documentos es
el desarrollo de textos digitales para ser usados en
línea, reduciendo el consumo de papel y tinta,
contribuyendo así con el cuidado del medio ambiente. Una
ventaja adicional de los libros virtuales es la facilidad para
actualizar y mejorar continuamente su contenido.
El contenido ha sido compilado en formato pdf. El
tamaño del texto en pantalla es controlable, contiene un
índice electrónico para facilitar la
búsqueda de temas y, dependiendo de la versión del
programa de lectura de este formato, se pueden usar las
facilidades disponibles para resaltar digitalmente texto,
insertar comentarios, notas, enlaces, revisiones, búsqueda
por contenido, lectura, etc.
Este documento es de libre uso y distribución. Su
realización ha sido factible por el apoyo de la
Institución a sus profesores en el desarrollo de las
actividades académicas
Luis Rodríguez Ojeda,
M.Sc.
Escuela Superior Politécnica del
Litoral, ESPOL Facultad de Ciencias Naturales y
Matemáticas Departamento de
Matemáticas
Guayaquil, Ecuador
1
Introducción
1.1 Objetivo y requisitos
Proporcionar los conocimientos básicos para usar
las facilidades de programación del entorno de MATLAB. Se
supondrá que los interesados tienen alguna experiencia
previa usando el componente interactivo de MATLAB y al menos el
conocimiento elemental de la lógica
matemática.
1.2
Metodología
Mediante explicaciones basadas en los ejemplos incluidos
en este documento, el usuario puede adquirir en forma progresiva
los conocimientos necesarios para programar en MATLAB. El
desarrollo de variados ejercicios proporcionará la base
para extenderlos y aplicarlos a la resolución de problemas
complejos.
Para facilitar el aprendizaje se sugiere abrir dos
ventanas en la pantalla de su computador, una con el programa
MATLAB y otra con este documento, entonces puede escribir cada
ejemplo en la ventana de edición de MATLAB y probarlo
interactivamente.
1.3 Un modelo
para resolver problemas con el computador
El análisis y diseño de
soluciones computacionales es una ciencia que facilita el uso
eficiente del poder de las computadoras para resolver
problemas.
Para complementar el desarrollo de estas soluciones, es
adecuado usar un lenguaje computacional simple, general y
eficiente como el que proporciona MATLAB el cual dispone
además de gran cantidad de recursos para cálculo
numérico, manejo simbólico, visualización y
programación en diversas áreas del
conocimiento.
Suponer un problema que debemos resolver y que
está en nuestro ámbito de conocimiento.
En la etapa de Análisis se debe estudiar y
entender el problema: sus características, las variables y
los procesos que intervienen. Asimismo, se deben definir los
datos necesarios y el objetivo esperado. El resultado de esta
etapa son las especificaciones detalladas de los requerimientos
que en algunos casos se puede expresar mediante modelos
matemáticos.
En la etapa de Diseño se procede a
elaborar los procedimientos necesarios para cumplir con los
requerimientos especificados en el análisis, incluyendo
fórmulas, tablas, etc. El objeto resultante se denomina
algoritmo.
En la etapa de Instrumentación, si el
problema es simple, se puede obtener la solución
interactuando directamente mediante instrumentos disponibles en
el entorno computacional. Si el problema es más complejo,
deben construirse los programas y organizar los datos
necesarios.
Al concluir la etapa de la instrumentación, se
realizan las pruebas de los programas y posteriormente la
instalación y operación. Debe preverse la necesidad
de efectuar mantenimiento y cambios para ajustarlos al entorno en
el que se usarán los programas.
Este proceso necesita planificación y alguna
sistematización para que se desarrolle en forma eficiente,
siendo imprescindible seguir normas y mantener una
documentación adecuadas.
Los Instrumentos computacionales modernos tales como
MATLAB contienen instrucciones que pueden usarse directamente
para resolver muchos problemas. Sin embargo, en general, la
resolución de problemas requiere una planificación
previa antes de su instrumentación.
2
Algoritmos
Un algoritmo es una descripción ordenada de las
instrucciones que deben realizarse para resolver un problema en
un tiempo finito.
Para crear un algoritmo es necesario conocer en forma
detallada el problema, las variables, los datos que se necesitan,
los procesos involucrados, las restricciones, y los resultados
esperados.
La descripción del algoritmo debe orientarse a la
instrumentación computacional final. Sin embargo, cuando
los problemas son simples, puede omitirse la elaboración
física del algoritmo e ir directamente a la
codificación en el lenguaje computacional.
2.1 Estructura de
un algoritmo
Un algoritmo es un objeto que debe comunicarse con el
entorno. Por lo tanto debe incluir facilidades para el ingreso de
datos y la salida de resultados.
2.2
Descripción de algoritmos
Para escribir algoritmos se pueden usar diferentes
notaciones: textual, gráfica, o simbólica, pero
para que una notación sea útil debe poseer algunas
características que permitan obtener algoritmos
fáciles de entender y aplicar:
1) Las instrucciones deben ser simples para
su utilización.
2) Las instrucciones deben ser claras y
precisas.
3) Debe incluir suficientes instrucciones
para describir la solución de problemas simples y
complejos.
4) Preferentemente, las instrucciones deben
tener orientación computacional.
Los algoritmos deben ser reproducibles, es decir que al
ejecutarse deben entregar los mismos resultados si se utilizan
los mismos datos.
2.3
Definiciones
a) Proceso
Conjunto de acciones realizadas al ejecutar
las instrucciones descritas en un algoritmo.
b) Estado
Situación de un proceso en cada
etapa de su realización, desde su inicio hasta su
finalización. En cada etapa, las variables pueden
modificarse.
c) Variables
Símbolos con los que se representan
los valores que se producen en el proceso. Componentes de una
variable
Nombre: Identificación de cada
variable Dominio: Tipo de datos asociado a una variable
Contenido: Valor asignado a una variable
Celda: Dispositivo para el almacenamiento
del valor asignado a una variable
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