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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