Matlab/스크립트 문서 원본 보기

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'''스크립트'''란 일련의 작업들을 순서대로 진행하도록 미리 세팅해둔 것을 말합니다. 일종의 [[wikt:프로그램|프로그램]]이라고 보면 됩니다. Matlab, GNU Octave에서의 스크립트는 .m 형식으로 저장되며, 언제든지 불러와서 같은 작업을 다시 실행할 수 있습니다.

== 스크립트 작성과 실행 ==
GNU Octave에서 새 스크립트를 작성하려면 메뉴에서 File > New > New Script 를 클릭합니다. 그러면 Script 에디터가 나오고, 여기서 필요한 명령들을 차례로 입력할 수 있습니다. 예시로, 평균값을 구하는 스크립트를 작성해보겠습니다.
<source lang="octave">
A=1; B=3; C=5;

average=(A+B+C)/3
</source>
이렇게 스크립트를 작성한 후, 상단의 저장 버튼을 눌러 원하는 경로에 저장해줍니다. 만든 스크립트를 실행하는 방법은 Script 에디터를 빠져나간 다음, 상단에 Current Directory에 해당 m 파일이 있는지 확인한 후, m 파일의 이름을 입력해주는 것입니다. 만약 Current Directory가 아닌 다른 경로에 m 파일이 있다면 우측의 Browse Directories를 눌러 경로를 옮겨주고 m 파일 이름을 입력해주면 됩니다. 위에서 작성한 간단한 script의 실행 결과는 다음과 같습니다.
<source lang="octave">
>> average
average =  3
</source>

== input ==
input을 사용하면 스크립트에서 미리 변수값을 지정해줄 필요 없이, 사용자가 원하는 값을 넣게끔 할 수 있습니다.
<source lang="octave">
A=input('value A?')
B=input('value B?')
C=input('value C?')

average=(A+B+C)/3
</source>
이렇게 만들고 average1.m으로 저장한 후, 실행한다면,
<source lang="octave">
>> average1
value A?4
A =  4
value B?6
B =  6
value C?9
C =  9
average =  6.3333
</source>
이렇게 A, B, C값을 물어보게 하여 평균값을 구할 수 있습니다.

== disp ==
disp를 이용해 화면에 값이나 문자를 출력할 수 있습니다.
<source lang="octave">
A=input('value A?')
B=input('value B?')
C=input('value C?')
average=(A+B+C)/3;
disp('')
disp('The average is : ')
disp('')
disp(average)
</source>
average2.m으로 저장 후 실행하면
<source lang="octave">
>> average2
value A?4
A =  4
value B?6
B =  6
value C?7
C =  7

The average is :

 5.6667
</source>
disp(<nowiki>''</nowiki>)를 입력하면 빈 줄을 출력합니다.

표처럼 나열하는 스크립트도 만들 수 있습니다.
<source lang="octave">
yr=1984:2:1996;
pop=984:2:996;
table(:,1)=yr';
table(:,2)=pop';
disp('year population')
disp('')
disp(table)
</source>
pop으로 저장한 뒤 실행하면 결과는 다음과 같습니다.
<source lang="octave">
>> pop
year population

   1984    984
   1986    986
   1988    988
   1990    990
   1992    992
   1994    994
   1996    996
</source>

== fprintf ==
fprintf를 이용하면 텍스트와 수치값을 화면에 표시하거나 저장할 수 있습니다. 출력 형식도 따로 지정 가능합니다.
<source lang="octave">
fprintf('Hello World \n\n')   % 작은 따옴표 안에 \n을 입력하면 줄바꿈합니다.
fprintf('Hi')
</source>
pop2.m으로 저장한 뒤 실행하면 결과는 다음과 같이 나옵니다.
<source lang="octave">
>> pop2
Hello World

Hi>>
</source>
문자열과 함께 숫자를 나타내려면 다음과 같이 합니다.
<source lang="octave">
pop=90000;
fprintf('The population is %i. \n', pop)
</source>
이것을 pop3.m이라 하고 실행하면,
<source lang="octave">
>> pop3
The population is 90000.
>>
</source>
즉, 작은 따옴표 안에 % 적힌 부분에 숫자가 들어갑니다. 여기서 나오는 숫자는 반드시 fprintf의 괄호 안 끝에 쉼표(,)를 찍어서 순서대로 나열해주어야 합니다. %다음에 오는 알파벳이나 숫자는 출력 형식을 지정합니다. 예시에서 사용된 %i는 정수 형태로 표시하라는 것입니다.

출력 데이터 형식은 다음과 같이 지정할 수 있습니다.
* %e : 소문자 e를 이용한 지수 표시법
* %E : 대문자 E를 이용한 지수 표시법
* %f : 고정 소수점 표시법
* %g : e 표기법과 f 표기법 중 더 짧은 쪽으로 표시
* %G : E 표기법과 f 표기법 중 더 짧은 쪽으로 표시
* %i : 정수로 표시

소수점의 수도 지정해줄 수 있습니다. 예를 들어, %7.3f 라고 한다면 소수점을 포함한 일곱 자리의 수로 나타내는데, 소수점 이하 자리수는 세 자리로 나타내는 것을 의미합니다.
<source lang="octave">
pop=905.3664949;
fprintf('The population is %7.3f. \n', pop)
</source>
pop4.m으로 저장한 뒤 실행하면,
<source lang="octave">
>> pop4
The population is 905.366.
</source>

=== fprintf를 이용해 출력 값 저장하기 ===
fprintf, fopen, fclose를 이용해 출력값을 텍스트 파일로 저장할 수 있습니다. 우선 fid라는 변수에 fopen('파일명', '권한 지정') 함수를 이용해 fid에 연 파일을 넣어줍니다. 그 다음, fid에 fprintf를 이용해 값을 적어준 후, fclose(fid)를 통해 파일을 닫아주면 됩니다.

이때 '권한 지정' 변수는 세 가지가 있는데, 기본값은 'r'입니다.
* 'r' : 읽기 위해 파일을 연다.
* 'w' : 쓰기 위해 파일을 연다. 파일이 이미 존재하면, 파일 내용이 삭제된다. 파일이 존재하지 않으면 새 파일을 생성한다.
* 'a' : 파일이 존재하는 경우 출력 값이 파일 끝에 이어서 출력된다. 나머지는 'w'와 같다.

<source lang="octave">
n1=1; n2=2; n3=3;
fid=fopen('testfile.txt', 'w')

fprintf(fid, 'This is the %i st message \n', n1);
fprintf(fid, 'This is the %i nd message \n', n2);
fprintf(fid, 'This is the %i rd message \n', n3);
fclose(fid);
</source>
이와같이 test.m 스크립트를 만들고 실행하면, 같은 경로에 testfile.txt가 생기며, 내용은 다음과 같이 나옵니다.
 This is the 1 st message 
 This is the 2 nd message 
 This is the 3 rd message

== 관계 연산자 ==
Matlab에서 조건문을 사용할 때 자주 쓰이는 것이 관계 연산자입니다. 관계 연산자를 통해 조건의 참, 거짓을 구분합니다. 참은 1, 거짓은 0입니다.
* < : 우변보다 작은가
* > : 우변보다 큰가
* <= : 우변보다 작거나 같은가
* >= : 우변보다 크거나 같은가
* == : 우변과 같은가
* ~= : 우변과 같지 않은가

주의할 점은, 수학에서 하듯이, 3<x<5와 같이 연속으로 나열하면 안 된다는 것입니다. 이렇게 하기 위해선 논리 연산자를 같이 사용해야 합니다.

== 논리 연산자 ==
논리 연산자는 세 가지가 있습니다. 이 역시 조건문을 사용할 때 자주 쓰입니다.
* & : And. A&B가 있다고 할 때, A와 B가 모두 참(1)이면 1이고, 둘 중 하나라도 거짓(0)이면 0. GNU Octave에서도 동작하나, 경고 메시지가 나오지 않게 하려면 &&를 씁니다. Matlab에서도 &&를 사용할 수 있습니다.<ref>https://kr.mathworks.com/help/matlab/ref/logicaloperatorsshortcircuit.html</ref>
* | : Or. A|B가 있다고 할 때, A와 B 중 하나 이상이 참(1)이면 1이고, 둘 다 거짓(0)이면 0
* ~ : Not. ~A가 있다고 할 때, A가 참(1)이면 0을, 거짓(0)이면 1

관계 연산자에서 주의점으로 든 3<x<5를 Matlab에서 나타내려면 3<x & x<5와 같이 써주어야 합니다.

== 조건문 ==
Matlab에서의 조건문은 if, elseif, else의 세 가지 유형이 있습니다. 조건문의 마지막에는 end를 붙여주어야 합니다. if는 가장 처음에 오고, elseif는 if의 조건에 맞지 않는 경우 다시 새로운 조건으로 검토하게 합니다. else는 if나 elseif에서 걸러지지 않은 경우들을 일괄적으로 처리합니다.

== 반복문 ==
Matlab에서의 반복문은 for-end와, while-end가 있습니다.

=== for-end ===
for를 사용하면 인덱스로 사용하는 변수가 증가하는 동안, 여러번 반복 계산을 할 수 있습니다. for문에서도 마찬가지로 마지막에 end를 붙여줍니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
<source lang="octave">
for k= a:b:c  % k라는 인덱스 변수가 a부터 시작해서 b씩 증가하면서 c가 될 때까지 반복 계산
...
end
</source>

;예제 1
for 문을 이용해서 <math>1^2+4^2+7^2+10^2</math>를 계산하시오.
<source lang="octave">
S=0;

for k=1:3:10
  S=S+k^2;
  end
  
  S
</source>
for_ex1.m으로 저장했을 때 출력은 다음과 같습니다.
<source lang="octave">
>> for_ex1
S =  166
</source>

;예제 2
for 문을 이용해서 <math>\sum_{k=1}^n \frac{k}{2^k}</math>를 구하는 스크립트를 작성하고, n=5에 대해 실행해 보아라.
<source lang="octave">
S=0;
n=input('n?');

for k=1:n
  S=S+k/2^k;
  end
  
  S
</source>
for_ex2.m으로 저장했을 때 출력은 다음과 같습니다.
<source lang="octave">
>> for_ex2
n?5
S =  1.7812
</source>

;예제 3
벡터 V = [5, 17, -3, 8, 0, -7, 12, 15, 20, -6, 6, 4, 2, 16]일 때, 양수이면서 3이나 5로 나누어 떨어지는 원소는 0으로 바꾸고, 음수이면서 -5보다 큰 원소는 1을 더해주는 스크립트를 만들어라.
<source lang="octave">
V = [5, 17, -3, 8, 0, -7, 12, 15, 20, -6, 6, 4, 2, 16]

n=length(V);

for k=1:n
  if V(k)>0 && (rem(V(k),3)==0 | rem(V(k), 5)==0)
    V(k)=0;
  elseif V(k)<0 && V(k)>-5
    V(k)=V(k)+1;
    end
    end
    
    V
</source>
for_ex3.m으로 저장 후 실행하면,
<source lang="octave">
>> for_ex3
V =

    5   17   -3    8    0   -7   12   15   20   -6    6    4    2   16

V =

    0   17   -2    8    0   -7    0    0    0   -6    0    4    2   16
</source>

=== while-end ===
while-end문은 조건식이 틀리지 않는 한, 명령을 반복하는 반복문입니다. for-end와 마찬가지로 마지막에 end를 넣어주어야 합니다.

;예제 1
x=1부터 시작할 때, x가 10보다 작다면 계속 x를 세 배씩 증가시키는 스크립트를 작성하여라.
<source lang="octave">
x=1;

while x<=10
  x=3*x
  end
</source>
while_ex1.m으로 저장 후 실행하면
<source lang="octave">
>> while_ex1
x =  3
x =  9
x =  27
</source>

== 사용자 정의 함수 ==
사용자 정의 함수란, Matlab 내에서 내장함수처럼 사용할 수 있는, 사용자가 만든 임의의 함수를 말합니다. 형식은 다음과 같습니다.
 function [output_arguments] = function_name(input_arguments)
[output_arguments]에는 출력 인자들을, function_name은 만들 사용자 함수의 이름을 적어주면 되고, input_arguments에는 입력해주어야 하는 인자들을 넣어줍니다. 주의점은 m파일을 저장할 때 파일명을 function_name으로 해주어야 한다는 것입니다.

; 예제
[[w:화씨|화씨]] 온도를 섭씨 온도로 바꾸어주는 사용자 정의 함수를 만들어봅니다. 스크립트 편집기를 띄우고 다음과 같이 입력한 뒤, FtoC.m으로 저장해봅니다.
<source lang="octave">
function C=FtoC(F)
C=5*(F-32)/9;
</source>
다시 Command Window로 돌아가서 변환하고 싶은 화씨온도를 함수에 입력해봅니다.
<source lang="octave">
>> FtoC(200)
ans =  93.333
>> FtoC(100)
ans =  37.778
</source>

== feval ==
스크립트 내에서 feval(f, a)를 사용하면, 함수 f에 a값을 대입한 결과를 구할 수 있습니다. 주로 다음에 설명하는 익명함수와 함께 쓰입니다.

== 익명함수 ==
익명함수는 function이 들어가는 별도의 m파일을 만들지 않고, Command window에서 임시로 사용할 함수를 지정하는 것입니다. 형식은 다음과 같습니다.
 name = @(입력 인자) 수학식
예를 들어 <math>f(x) = x^3 - x^2 +1</math>라는 함수를 익명함수로 만든다면
 f = @(x) x.^3 - x.^2 + 1
이라고 한 뒤에, 예를 들어 f(1)을 계산하고자 한다면
<source lang="octave">
>> f(1)
ans = -1
</source>
이렇게 해주면 됩니다.

== 각주 ==
<references/>

== 참고 자료 ==
* 충북대 수치해석 강의