Hướng dẫn sử dụng Scilab cho người mới bắt đầu

Hư ớng dẫn sử dụng Scilab dành cho ngư ời mới bắt đầu S c il a b E n ter p r i ses S. A .S - 143 bi s r u e Yves L eCoz-78000Versa ill es (Pháp) - www . sc il a b -e n ter p r i ses . com Tài li ệu này là sản phẩm của Scilab Enterprises và Christine Gomez, giáo viên toán học tại Lycée Descartes (Trư ờng Trung H ọc Descartes) t ại Antony, H auts-de-Seine (Pháp). © 2013 Scilab Enterprises. B ảo lưu mọi quyền . Hư ớng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 2/33 M ục l ục Gi ới thiệu V ề tài liệu này 4 Cài đ ặt Scilab 4 Danh sách đ ịa chỉ 4 Các ngu ồn bổ sung 4 C hương 1 – Làm quen v ới S c ilab Môi trư ờng chung và giao diện điều khiển 5 Các phép tính b ằng số đơn giản 6 Thanh trình đơn 7 Trình so ạn thảo 8 C ửa sổ đồ h ọa 9 Qu ản lý các cửa sổ và tùy bi ến không gian làm việc 11 C hương 2 - L ập tr ình Các bi ến số, gán giá tr ị và hi ển thị 12 Các vòng l ặp 16 Ki ểm tra 17 Đ ồ thị 2 và 3D 18 B ổ su ng vào ma tr ận và vecto 23 Đ ộ chính xác của phép tín h 29 Gi ải các ph ương tr ình vi phân 30 C hapt er 3 – Các hàm Scilab h ữu dụng Trong phân tích 32 Trong xác su ất và thống kê 32 Hiển thị và vẽ đồ thị 33 Ti ện ích 33 Hư ớng dẫn sử dụng Scilab d ành cho người mới bắt đầu -3/33 Gi ới thiệu V ề tài liệu này M ục đích của tài liệu này là nhằm hư ớng dẫn t ừng bước cụ thể trong quá trình khám phá các tính năng cơ b ản của Scilab d ành cho người chưa từng sử dụng qua phần mềm tính toán số. Những gì được trình bày trong tài liệu này chỉ giới hạn ở những điều cần thiết để giúp người dùng s ử dụng Scilab dễ dàng hơn. Các phép tính, biểu đồ và ví dụ minh họa đều được thực hiện bằng Scilab 5.4.0. Quý vị có thể sao chép t ất cả các lệnh từ phiên bản này. Cài đ ặt Sc il ab Scilab là m ột phần mềm tính toán số miễn phí. Các h ệ điều hành tương thích với phần mềm này là Windows, Linux và Mac OS X, quý v ị có thể tải Scilab về máy tạ i đ ịa chỉ sau: http://www.scilab.org/ N ếu quý vị muốn nhận thông báo về các phiên bản mới của phần mềm Scilab, quý vị có thể đăng ký nh ận thông báo t ừ k ênh thông tin c ủa chúng tôi theo địa chỉ: http://lists.scilab.org/mailman/listinfo/release Danh sách đ ịa chỉ Nh ằm tạo điều kiện cho việc trao đổi giữa những Ngư ời dùng Scilab, chúng tôi l ập các danh sách đ ịa chỉ d ành riêng cho t ừng nhóm (danh sách địa chỉ bằng tiếng Pháp, danh sách địa chỉ cho ngành giáo d ục, danh sách quốc tế bằng tiếng Anh). Quy tắc rất đơn gi ản: những người đăng ký có th ể liên lạc với nhau thông qua email (đặt câu hỏi, trả lời, chia sẻ tài liệu, phản h ồi…) . Đ ể xem các danh sách hiện có v à đăng k ý theo dõi, quý vị có thể truy cập vào địa chỉ sau : http://www.scilab.org/communities/user_zone/mailing_list Các ngu ồn bổ sung Nếu quý vị có kết nối Internet, mời quý vị ghé thăm trang web Scilab, tại đây quý vị có thể truy c ập v ào chuyên m ục s ử dụng Scilab (http://www.scilab.org/support/documentation) cùng các đư ờng dẫn và tài liệu có liên quan cho phép quý vị tải về và in miễn phí. Hư ớng dẫn sử dụng Scilab d ành cho người mới bắt đầu - 4/33 Chương 1 – Làm quen v ới S c ilab Không gian làm vi ệc hữu dụng trong Scilab bao gồm các c ửa sổ sau :  Giao di ện điều khiển để thực hiện các phép tính ,  Trình so ạn thảo để lập trình ,  Các c ửa sổ đồ họa đ ể hiển thị ,  Tr ợ giúp tích hợp Môi trư ờng chung và giao di ện điều khiển Sau khi nh ấp đúp chu ột v ào bi ểu tượng để khởi động Scilab, môi trường Scilab mặc định sẽ bao g ồm các cửa sổ kiểu thanh dock như sau – giao di ện điều khiển, các trình duyệt file và bi ến s ố, lịch sử đặt lệnh (xem phần “Qu ản lý các cửa sổ và tùy bi ến không gian làm việc ”, trang 11): Trong giao di ện điều khiển sau dấu nhắc “ >” , đánh m ột dòng lệnh và nhấn phím Enter (Windows và Linux) ho ặc phím Return (Mac OS X) trên bàn phím để nhận kết quả tương ứng. > 57/4 ans = 14.25 > (2+9)^5 ans = 161051. M ẹo Trư ớc kết quả , ans có ngh ĩa l à “đáp án”. Ngư ời dùng có th ể quay lại bất kỳ lúc nào b ằng các phím mũi tên trên bàn phím ← ↑ → ↓ ho ặc b ằng chuột. Các phím trái v à ph ải được sử dụng để thay đổi phần ch ỉ lệnh còn các phím lên và xu ống được sử dụng để quay v ề một dòng lệnh được thực hiện trước đó. Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu -5/33 Các phép tính s ố đơn giản T ất cả các phép tính thực hiện bởi Scilab đều ở dạng số. Scilab thực hiện các phép tính b ằng ma tr ận (xem chươn g 2, trang 23). Các thao tác đư ợc lập trình với dấu “ + ” cho phép c ộng , d ấu “ – ” cho phép tr ừ , d ấu “ * ” cho phép nhân, d ấu “ / ” cho phép chia, d ấu “ ^ ” cho s ố mũ . Ví d ụ : >2+3.4 ans = 5.4 Ph ần này có phân biệt viết hoa và viết thường . Do đó c ần chú ý đ ến chữ viết hoa và viết thường đ ể các phép tính được thực hiện chính xác. Ví dụ, với lệnh sqrt ( tính căn b ậc hai): >sqrt(9) trong khi đó: >SQRT(9) ans = error 4 3. Bi ến số không xác định : SQRT Các con s ố cụ thể %e và %pi l ần lượt đại diện cho e và π : > %e > %pi %e = %pi = 2.7182818 3.1415927 %i đ ại diện cho i trong các phức hợp khi nhập và được hiển thị là i trong kết quả: > 2+3*%i ans = 2. + 3.i Đ ối với các k ết quả không hiển thị Khi thêm d ấu chấm phẩy “;” vào cu ối dò ng l ệnh, phép tính được thực hiện nhưng kết quả không đư ợc hiển thị . >(1+sqrt(5))/2; > (1+sqrt(5))/2 ans = 1.618034 Hư ớng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu -6/33 Đ ể nhắc tên của một hàm Tên của các hàm thường được sử dụng được tổng kết tại Chương 3 của tài liệu (trang 32). Ví d ụ: > exp(10)/factorial(10) ans = 0.0060699 M ẹo T ất cả các hàm khả d ụng đều được liệt kê trong ph ần tr ợ giúp tích h ợp b ằng cách nh ấp chu ột v ào thanh trình đơn trên ?> ScilabHelp . Có th ể dùng phím tab →│ trên bàn phím đ ể hoàn tất tên của một hàm hay một biến số bằng cách nh ập m ột số ch ữ cái đầu ti ên: Ví d ụ, sau khi nhập vào giao di ện điều khiển lệnh: >fact Và nh ấn phím tab, một cửa sổ hi ển thị t ất cả các tên hàm và biến số bắ t đ ầu bằng fact , ch ẳng h ạn như factorial và factor s ẽ hiện ra . Ch ỉ cần nh ấp đúp chu ột vào hàm cần dùng ho ặc chọn hàm đó b ằng chuột hoặc bằng các phím ↑ ↓ và nh ấn Enter (Windows và Linux) hoặc Return (Mac OS X) đ ể ch èn hàm vào dòng l ệnh. Thanh trình đơn Các trình đơn liệt kê dưới đây đặc biệt hữu dụng: Applications  L ịch sử đặt lệnh cho phép bạn tìm lại tất cả các lệnh từ các phiên trước đó cho đến phiên hi ện tại.  Trình duy ệt biến số cho phép bạn t ìm l ại tất cả các biến số được sử dụng trước đó trong phiên hi ện tại. Edit Preferences (trong trình đơn Scilab dành cho Mac OS X) cho phép b ạn thiết lập và tùy ch ỉnh màu s ắc, phông chữ v à cỡ chữ trong giao diện điều khiển và trình soạn thảo, điều này rất hữu d ụng khi ph ải c hi ếu lên màn hình. Nh ấp chuột vào Clear Console s ẽ xóa toàn b ộ n ội dung trong giao di ện điều khiển. Trong trư ờng hợp này, lịch sử đặt lệnh vẫn còn và các phép tính được thực hiện trong phiên vẫn c òn trong b ộ nhớ. Các lệnh bị xóa v ẫn có thể lấy lại bằng các phím mũi t ên trên bàn phím. Control Đ ể làm gián đoạn một chương trình đang chạy, bạn có thể làm như sau:  Nh ập lệnh pause vào chương tr ình hoặc nh ấp chu ột vào Control>Interrupt trong thanh trình đơn (Ctrl X v ới Windows và Linux ho ặc Command X v ới Mac OS X), n ếu chương tr ình đang ch ạy sẵn. T rong m ọi tr ư ờng hợp, dấu nhắc “ > ” s ẽ chuyển th ành “ -1-> ”, sau đó thành “ -2-> ” …, n ếu thao tác được lặp lại.  Đ ể quay về thời điểm trước khi làm gián đoạn chương trình, nhập lệnh resume vào giao di ện điều khiển hoặc nh ấp chu ột vào Control>Resume .  Để thoát ra hoàn toàn một phép tính và không quay lại, nhập lệnh abort trong giao di ện điều khiển hoặc nh ấp chu ột vào Control>Abort trên thanh trình đơn. Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu -7/33 Trình so ạn thảo Vi ệc nhập trực tiế p vào giao di ện điều khiển có hai điểm bất lợi: thứ nhất là không thể lưu được các l ệnh và thứ hai là việc soạn thảo nhiều dòng chỉ lệnh là không hề dễ dàng. Trình soạn thảo là công c ụ thích hợp để chạy nhiều chỉ lệnh cùng lúc. M ở trình soạn thảo Đ ể mở trình so ạn thảo từ giao diện điều khiển, nh ấp chu ột vào biểu tượng đầu tiên trên thanh công c ụ ho ặc vào mục Applications>SciNotes trên thanh trình đơn. Trình so ạn thảo được mở với tên file mặc định là “ Untitled 1 ” . So ạn thảo trong trình so ạn thảo So ạn thảo trong tr ình so ạn thảo cũng giống với m ọi công c ụ xử lý văn bản khác. Trong trình so ạn thảo văn bản, chức năng mở và đóng các dấu ngoặc, kết thúc các lệnh vòng lặp, hàm và ki ểm tra được tự động thêm vào. Tuy nhiên, có thể tắt các tính năn g này trong m ục Options > Auto completion on trình đơn, nhấp chuột vào hai mục được kích hoạt mặc định dưới đây:  (,[,…  if,function,… V ề mặt nguy ên t ắc , m ỗi chỉ lệnh đều phải đ ư ợc nhập vào một dòng riêng biệt, tuy nhiên,v ẫn có th ể nhập nhiều câu trên cùng một dòng lệnh, tách biệt nhau bằng dấu chấm phẩy “ ; ”. Ký tự trắng đầu dòng được gọi là dấu chỉ là tự động khi một vòng lặp hay phép kiểm tra được khởi động. Trong ví dụ sau đây, chúng tôi tính 10 số hạng của chuỗi ( n ), được xác định bởi: 1 = 1 n + 1 = 2 n − 3 M ẹo - Các dòng chú giải bắt đầu bằng“//” sẽ không được tính trong các phép tính; - Đ ể thay đổi phông chữ, nh ấp chu ột vào Options>Preferences . - Khi l ập tr ình, dòng l ệnh được tự động thụt vào. Nếu dòng lệnh không t ự động thụt v ào, nh ấp chu ột vào Format>Correctindentation đ ể khôi phục (Ctrl I v ới Windows và Linux ho ặc Command I v ới MacOS X). Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu -8/33 ! ! Lưu Bạn có thể lưu bất kỳ file nào bằng cách nhấp chuột vào File>Saveas . Đuôi “.sce” ở cuối t ên file sẽ tự động khởi động Scilab khi được mở (tr ừ h ệ điều hành Linux và Mac OS X). Chép vào giao diện điều khiển, chạy một chương trình. Khi nh ấp chu ột vào mục Execute trên thanh trình đơn, sẽ có ba l ựa chọn nh ư sau:  Th ực hiện “ …file withno echo ” (Ctrl Shift E v ới Windows và Linux, Cmd Shift E v ới Mac OS X): file s ẽ được chạy mà không cần lập trình trong giao diện điều khiển (bắt bu ộc phải l ưu file trước) .  Th ực hiện “ … file with echo ” (Ctrl L v ới Windows và Linux, Cmd L v ới Mac OS X): chép l ại file vào giao diện điều khiển và chạy file.  Th ực hiện “ …until the caret, with echo ” (Ctrl E v ới Windows và Linux, Cmd E v ới Mac OS X): chép l ại lựa chọn được chọn bằng chuột vào giao diện điều khiển và ch ạy lự a ch ọn hoặc chạy dữ liệu file cho đến khi ng ư ời dùng xác đ ịnh vị trí dấu nháy. Có th ể sử dụng chức năng copy/paste thông thư ờng. Cửa sổ đồ họa Mở một cửa sổ đồ họa Cửa sổ đồ họa s ẽ tự động mở khi vẽ một biểu đồ bất kỳ. Có thể vẽ các đường cong, mặt ph ẳng, các chu ỗi điểm (xem chương 2, trang 18). Đ ể có ví dụ về đường cong, nhập vào giao diện điều khiển lệnh: >plot M ẹo - Đ ể xóa bi ểu đồ trư ớc đó, nhập lệnh clf (“xóa sơ đ ồ ”). - Đ ể mở một cửa sổ đ ồ họa khác, nh ập l ệnh scf; (“l ập biểu đồ”). N ếu mở c ùng lúc m ột vài cửa sổ đồ họa, có thể lựa chọn c ửa sổ muốn vẽ biểu đ ồ bằng cách nhập l ệnh scf(n) ; n là s ố c ửa sổ đồ h ọa(n ằm ở phía trên bêntrái). Hư ớng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu -9/33 Đi ều chỉnh bi ểu đồ Bi ểu t ư ợng kính lúp dùng đ ể phóng to thu nhỏ . Đ ể phóng đại ra cả hai chi ều , nh ấp chu ột vào công c ụ và dùng chu ột tạo một hình chữ nhật đ ể t ạo góc xem đư ợc mở rộng m ới. Để phóng đại ra ba hư ớng, nh ấp chu ột vào công cụ và tạo hình khối lục diện đ ể tạo góc xem được mở rộng m ới. Bạn cũng có thể phóng đại bằng con lăn của chuột. Để trở về m àn hình ban đầu, nh ấp chu ột vào bi ểu tượng kính lúp khác . . Bi ểu tượng cho phép xoay hình ( đặc biệt hữu ích với hình 3D) bằng thao tác nh ấp chu ộ t ph ải theo h ướng dẫn trong phần tin nhắn ở phía dư ới cửa s ổ đồ h ọa . Đ ể điều chỉnh chính xác hơn, nh ấp chu ột vào Edit>Figureproperties ho ặc Axesproperties và xem hư ớng dẫn (lựa chọn này chưa khả dụng đối với Mac OS X) . H ỗ trợ trực tuyến Để được hỗ trợ trực tuyến, nhấp chuột vào ?>ScilabHelp trên thanh trình đơn, hoặc nhập lệnh sau vào giao di ện điều khiển : >help M ẹo Các ví d ụ về sử d ụng có thể ch ạy đư ợc trên Scilab và so ạn thảo trên SciNotes b ằng cách s ử dụng các phím kèm theo trong khung m ẫu. Đ ể được hỗ trợ với bất kỳ hàm nào, nhập lệnh help vào giao diện điều khiển, sau đó nhập tên hàm tương ứng. Ví dụ: >help sin hi ển th ị ph ần hỗ trợ help cho hàm sin (sine). Hư ớng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đ ầu -10/33 [...]... >function y=g(x); y=4*x/9+4; endfunction thể được tái sử dụng khi xác định các hàm khác trong Scilab Các hàm xác định có thể được sử dụng để tính các giá trị: > f(10) ans = 4.4999745 > g(12.5) ans = 9.5555556 Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 13/33 Yêu cầu gán giá trị cho một biến số Việc gán giá trị cho biến số khá dễ dàng bằng cách sử dụng toán tử “=” Hiển thị Soạn thảo Việc soạn tên... dưới dạng: m=[1,2,3;4,5,6;7,8,9] 9 Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 14/33 Hàm disp disp buộc phải sử dụng với dấu ngoặc Với vecto v được xác định trước đó: >v(2) ans = - 2 >disp(v(2)) - 2 Để hiển thị một chuỗi (thường là một mệnh đề), đặt chuỗi đó trong dấu ngoặc: >disp(“Bob won”) Bob won Để hiển thị một tổ hợp từ và giá trị, sử dụng lệnh string cho phép chuyển đổi các giá trị... yprim(2)=-4*y(1) ; (người giải tự chọn các giá trị phù hợp của t cho phép tính nội suy của bài giải) Ta xác định các điều kiện ban đầu Ta chạy hàm ode Ta vẽ đường cong tích phân của y đối với t endfunction t0=0; tmax=5; t=t0:0.05:tmax; y0=3; yprim0=0; y=ode([y0;yprim0],t0,t,f); clf; plot(t,y(1,:)) Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 31/33 Chương 3 – Các hàm Scilab hữu dụng Phân tích ... AX = Y, trong đó A là một ma trận vuông, sử dụng dấu gạch chéo ngược “\” X = A \ Y Lưu ý, thao tác Y / A sẽ cho (chỉ khi đúng chiều) một kết quả khác, đó là ma trận Z tr ong đó Z A=Y 1 Để giải hệ: 4 2 5 >A=[1 2 3;4 5 6]; 3 × = 6 1 1 >Y=[1;1]; >X=A\Y X = - 0.5 0 0.5 >A*X ans = 1 1 Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 26/33 Một số hàm hữu dụng Sort Hàm gsort được dùng để phân loại... yprim(1)= yprim(2)= yprim(n)= endfunction Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 30/33 Đáp án là ma trận có hướng Ví dụ: giải phương trình vi phân "=− ( ) = , ( ) =0 Phương trình bậc 2 này được hạ bậc xuống hệ gồm hai phương trình bậc 1 như sau: và Trình soạn thảo Scilab Chú giải function yprim=f(t,y) Ta xác định hàm cho ra vecto y’ từ các biến số đầu vào t và y (y là một vecto ) yprim(1)=y(2);... z=feval(x,y,f)' feval(x,y,f) cho ma trận × có j là ( , ) được đổi bằng cách sử dụng biểu tượng ngoặc đơn “ ' ” Chạy hàm surf(x,y,z) Để vẽ mặt phẳng = 2 2 Trình soạn thảo Scilab + 2 (mặt parabol hình elip ): Cửa sổ đồ họa function z=f(x,y) z=2*x^2+y^2; endfunction x=linspace(-1,1,100); y=linspace(-2,2,200); z=feval(x,y,f)'; clf surf(x,y,z) Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 21/33 Các đường... trận và cho một vecto chứa các chỉ số tương ứng: Để tìm tất cả các phần tử của vecto nhỏ hơn 5: >w=[1,5,3,8,14,7,3,2,12,6]; find(ww=[1,5,3,8,14,7,3,2,12,6]; find(w==3) ans = 3 7 Vecto kết quả (3,7) cho thấy... dùng để nhập các phần tử hoặc sửa đổi chúng Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 23/33 >m(2,3) ans = 6 >m(2,3)=23 m = 1 2 3 4 5 23 Toán tử “:” được dùng để biểu thị tất cả các hàng hoặc tất cả các cột của một ma trận Để xem hàng thứ hai của ma trận m, nhập: >m(2,:) ans = 4 5 23 Và hàng ba: >m(:,3) ans = 3 23 Để chuyển vị một ma trận hay một vecto sử dụng biểu t ượng dấu ngoặc đơn... một chuỗi Trình soạn thảo Scilab Cửa sổ đồ họa for n=1:50 u(n)=(-0.8)^n; end clf; plot(u, “*r“) Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu - 20/33 Dữ liệu thống kê hai biến số Dữ liệu thống kê hai biến số được cho dưới dạng hai vecto: gọi hai vecto này là X và Y plot(X,Y, “ . Linux và Mac OS X, quý v ị có thể tải Scilab về máy tạ i đ ịa chỉ sau: http://www .scilab. org/ N ếu quý vị muốn nhận thông báo về các phiên bản mới của phần mềm Scilab, quý vị có thể đăng ký nh ận thông. chuyên m ục s ử dụng Scilab (http://www .scilab. org/support/documentation) cùng các đư ờng dẫn và tài liệu có liên quan cho phép quý vị tải về và in miễn phí. Hư ớng dẫn sử dụng Scilab d ành cho người. hiện trước đó. Hướng dẫn sử dụng Scilab dành cho người mới bắt đầu -5/33 Các phép tính s ố đơn giản T ất cả các phép tính thực hiện bởi Scilab đều ở dạng số. Scilab thực hiện các phép tính b ằng