guia n° 1 de programaciÓn en computadoras

8/18/2019 GUIA N° 1 DE PROGRAMACIÓN EN COMPUTADORAS

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GUIAS DE PROGRAMACIÓN EN COMPUTADORAS – PLATAFORMA MATLABIng. José S. Orbegoso L.

GUÍA N° 1

INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN EN COMPUTADORAS PARAINGENIEROS QUÍMICOS

Las técnicas de programación están ligadas a la Ingeniería Química y a los procesos industriales debido a lanecesidad de tener bajo control las variables de los proceso, así como monitorear el desempeño y performance de las unidades correspondientes a las operaciones unitarias y reactores.

Los lenguajes de programación son variados, se desarrollan bajo una misma base lógica y su aplicación esvariada y puede ser diferente segn los re!uerimientos particulares de cada sistema. "ara efectos de

aprendi#aje se $an universali#ado entornos como %ortran, &atLab, 'ysys, ($emcad, )isual, (**, etc., y amedida !ue $an avan#ado las tecnologías de fabricación de computadoras +$ardare- los lenguajes $anvariado permitiendo integrar imágenes e interfaces gráficas !ue facilitan grandemente la visuali#ación y lasimulación de los modelos !ue representan sistemas diversos, desde el funcionamiento del péndulo de unreloj digital $asta las más complejas má!uinas conocidas.

"ara efectos prácticos, los desarrolladores de softare aplicado a la Ingeniería Química y otras ramas deingeniería $an desarrollado lenguajes de muc$a utilidad, como los referidos antes, por lo !ue en el presentecurso nos ocuparemos de &atLab como una plataforma y entorno de muc$ísima utilidad y aplicabilidad en elcontrol, monitoreo y simulación de procesos y sistemas !ue incluyan reacciones !uímicas, sin !ue ello obsteel uso de otros lenguajes especiali#ados y de real vigencia.

e pretende ingresar al mundo de la programación aplicada a la Ingeniería Química y de procesosindustriales, siendo en si una $erramienta indispensable para el ingeniero de este tiempo, de modo !ue se procederá de manera secuencial y progresiva, empe#ando con el aprendi#aje de algoritmos y elementos básicos del entorno de &atLab, lenguaje y funciones, luego ingresar a modelado y finalmente a programación y simulación de sistemas de Ingeniería Química.

1 [email protected] Facultad de Ingeniería uímica ! "etal#rgica

mailto:[email protected]:[email protected]


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$roceso%ntrada Salida


ALGORITMOS

/na computadora no tiene capacidad para solucionar problemas mas !ue cuando se le proporcionanlos pasos sucesivos a reali#ar, para ello elaboramos un algoritmo.

¿Qué es un algo!"#o$

0s un método para resolver un problema mediante una secuencia de instrucciones organi#adas, cadauna de las cuales especifica las operaciones y proceso !ue debe seguirse para dar solución a un

problema específico.

Caa%"e&s"!%as 'e un algo!"#o

Las características fundamentales !ue debe cumplir todo algoritmo son1

2ebe ser preciso e indicar el orden de reali#ación de cada paso. 2ebe estar definido. i se sigue un algoritmo dos o más veces, con los mismos valores

iniciales se debe obtener el mismo resultado. 2ebe ser finito. i se sigue un algoritmo, se debe terminar en algn momento, es decir, debe

tener un nmero finito de pasos.

3ambién $ay !ue tener en cuenta en un algoritmo1

0l algoritmo sirve de base para generar un programa, pero no es el programa en si. 0l algoritmo no es inteligible directamente por el ordenador.

0l mismo algoritmo puede ser implementado de forma distinta en diversos programas, esdecir, dos programadores pueden obtener distintos códigos fuente a partir del mismoalgoritmo.

T!(os 'e algo!"#os)

a* Cual!"a"!+os1 e describen los pasos utili#ando palabras.,* Cuan"!"a"!+os1 e utili#an cálculos numéricos para definir los pasos del proceso.

El (o%eso 'e un algo!"#o

La definición de un algoritmo debe describir tres partes1 0ntrada, proceso y salida.

La información proporcionada al algoritmo constituye su entrada, el procedimiento para la solucióndel problema constituye su proceso y la información producida por el algoritmo constituye susalida. 4 continuación ejemplos para un mejor entendimiento1

0jemplo 561 Leer la base y altura de un paralelogramo. (alcular su área.

2atos de 0ntrada 7778 base y altura. "roceso 7778 área 9 base : altura. 2atos de alida 7778 0l área

del paralelogramo

0jemplo 5;1 Leer el radio de una circunferencia. (alcular su área y longitud.




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2atos de 0ntrada


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9en"a2as B Cenera un código más sencillo y comprensible. B 0scribir un código válido paradiversas má!uinas o sistemas operativos. B "ermite utili#ar paradigmas de programación.In%on+en!en"es B * Té%n!%as 'e '!se


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Las dos $erramientas utili#adas comnmente para diseñar algoritmos son1B 2iagrama de %lujoB "seudocódigo

I*@* D!aga#as 'e 4lu2o 0 (seu'o%6'!go

(uando se va a desarrollar un programa se necesita tomar un set de buenas prácticas para$acerlo. 0sto permite a$orrar tiempo y también tener certe#a cuando tenemos el propósito deresolver un problema. 'ay dos recomendaciones1 diagrama de flujo y seudocódigo.

Diagrama de Flujo 0s la representación detallada en forma gráfica de cómo debenreali#arse los pasos en la computadora para obtener resultados. (Hernández, 2010).




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Pseudocódigo. &e#cla de lenguaje de programación y español +o inglés o cual!uier otroidioma- !ue se emplea, dentro de la programación estructurada, para reali#ar el diseño de un

programa. (Hernández, 2010)

0s la representación narrativa de los pasos !ue debe seguir un algoritmo para dar solución aun problema determinado. 0l pseudocódigo utili#a palabras !ue indican el proceso a reali#ar.(Hernández, 2010)

i bien es cierto, podemos sentarnos frente a la computadora y programar un algoritmo, perolo anterior corresponde a un conjunto de buenas prácticas !ue debemos tomar antes decomen#ar a programar.

2entro de estas buenas prácticas para el desarrollo de programas tenemos, por ltimo, las pruebas de escritorio.

2ic$as pruebas nos permiten verificar de manera manual los valores !ue van obteniendocada una de las variables involucradas en el programa, siguiendo la lógica de programaciónestablecida.

2e esta forma, podemos tener mayor certidumbre de !ue el algoritmo al programarloreali#ará lo !ue realmente !ueremos !ue $aga.

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In"o'u%%!6n al lengua2e 'e (oga#a%!6n Ma"La,

0n lo !ue sigue, se supone !ue el usuario teclea lo !ue aparece en cursiva y precedido delsímbolo 88, !ue $ace el papel del prompt de la má!uina +de $ec$o, lo óptimo sería !ue elaprendi# de &43L4D reprodujera éstos y parecidos ejemplos por sí mismo-. 0n normalaparecerá la respuesta de &43L4D a la instrucción tecleada. Los comentarios aparecerán

precedidos del símbolo J. 4ntes de comen#ar, $agamos algunas consideraciones generales1

&43L4D distingue entre maysculas y minsculas. La comilla K es la !ue, en un teclado estándar, se encuentra en la tecla de la interrogación. Los comentarios deben ir precedidos por J o, lo !ue es lo mismo, &43L4D ignora todo

lo !ue vaya precedido por el símbolo J.

La ayuda de &43L4D es bastante til para acceder a la misma basta teclear $elp o utili#ar el men del mismo nombre en la ventana de trabajo. 0s recomendable usarlo para obtener una información más precisa sobre la sinta:is y diversas posibilidades de uso de los

comandos. 4l final de cada sección se presenta un 0F0


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)entana "ropósito(ommand Nindo )entana principal, ingresa variables, corre programas%igure Nindo (ontiene la salida de los comandos gráficos0ditor Nindo (rea y depura los arc$ivos script y functión'elp Nindo "roporciona información de ayuda

Launc$ "ad Nindo "roporciona acceso a $erramientas, demos y documentación(ommand 'istory Nindo


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%igura 6.R1 0jemplo de un 0ditor Nindo

el( B!n'o) 0sta ventana contiene la información de ayuda. 0sta ventana puede ser abierta desde el men el( en la barra de $erramientas de cual!uier ventana de &atLab. La ventana'elp es interactiva y puede ser utili#ada para obtener información sobre cual!uier función de

&atLab. La ventana Fel( se ejemplifica en la figura 6.M1

%igura 6.M1 La ventana 'elp

(uando &atLab es iniciado, la pantalla !ue aparecerá será la mostrada en la figura 6.6, y para principiantes, probablemente sea conveniente cerrar las demás ventanas, e:cepto el (ommandNindo. Las ventanas cerradas se puede reabrir desde 2esOtop, como se indicó antes.

5* TRA.AANDO EN LA 9ENTANA COMMAND*

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0l (ommand Nindo es la principal ventana de &atLab, y puede ser utili#ada para ejecutar comandos, abrir otras ventanas, correr programas escritos por el usuario, y gestionar el softare. /nejemplo del (ommand Nindo con varios comandos simples, !ue será e:plicará más adelante, esmostrado en la figura 6.A.

%igura 6.A1 La ventana (ommand

NOTAS PARA EL TRA.AO EN LA 9ENTANA DE COMANDOS 7Co##an' B!n'o81

"ara tipear un comando el cursos debe estar ubicado junto al símbolo command +88-. /na ve# tipeado el comando en la misma línea y presionada la tecla En"e, el comando es

ejecutado. in embargo, solamente el ltimo comando es ejecutado. 3odo lo ejecutado previamente !ueda sin cambios.

)arios comandos pueden ser tipeados en la misma línea. 0sto se $ace escribiendo una comaentre los comandos. (uando la tecla En"e es presionada los comandos son ejecutados enorden de i#!uierda a derec$a.

Eo es posible regresar a una línea previa en el (ommand Nindo, $acer una corrección, yentonces re ejecutar el comando.

/n comando previamente tipeado puede ser recuperado en el prompt con el uso de la teclafec$a arriba +-. (uando el comando es desplegado en el prompt, puede ser modificado sies necesario y ejecutado. La fec$a direccional $acia abajo +- puede ser utili#ada paramover $acia abajo los comandos previamente tipeados.

i el comando es largo para !ue !uepa en una sola línea, este puede ser continuado en lasiguiente línea al tipear tres puntos suspensivosS y presionar En"e. La continuación de loscomandos es tipeado en la nueva línea. 0l comando puede continuar línea tras línea $asta untotal de M5@T caracteres.

El (un"o 0 %o#a 78)10

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(uando un comando es tipeado en la ventana (ommand y es presionado En"e, el comando esejecutado. (ual!uier salida !ue el comando genera es desplegada en el (ommand Nindo. i un punto y coma +- es tipeado al final de un comando la salida del comando no es mostrada. 0ltipear un punto y coma es usual cuando el resultad es obvio o conocido, o cuando la salida esmuy larga.

i varios comandos son tipeados en la misma línea, la salida de alguno de los comando puede noser desplegada si el punto y coma es tipeado entre los comandos en ve# de una coma.

T!(!4!%an'o H)

(uando el símbolo J +porcentaje- es tipeado al inicio de una línea, la línea está designado comoun comentario. 0sto significa !ue cuando la tecla En"e es presionada la línea no se ejecuta. 0Lcarácter J seguido por te:to +comentario-, puede ser tipeado después del comando en la mismalínea. 0sto no tiene efecto sobre la ejecución del comando./sualmente esto no es necesario para comentarios en la ventana (ommand. Los comentarios, sinembargo, son frecuentemente usados en programas para agregar descripciones, o para e:plicar el programa.

El %o#an'o clc)

0l comando clc limpia la ventana (ommand +se tipea clc y se presiona En"e-. 2espués detrabajar en la ventana (ommand para lo cual el despliegue puede ser muy e:tenso. /na ve# !ueel comando clc es ejecutado se ejecuta la limpie#a de la ventana. 0ste comando no cambia nadade lo previamente reali#ado. "or ejemplo, si algunas variables fueron definidas previamente,ellas pueden seguir siendo usadas. La flec$a direccional $acia arriba puede ser usada pararenombrar comandos !ue fueron previamente tipeados.

:* OPERACIONES ARITMTICAS CON ESCALARES

4!uí discutiremos solo operaciones aritméticas con escalares, los cuales son nmeros. Los nmeros pueden ser usados directamente en cálculos y operaciones aritméticas directamente +como uncalculador-, o ellos pueden ser asignados a variables, las cuales pueden ser subsecuentemente usadasen cálculos. Los símbolos de operaciones aritméticas son1

O(ea%!6n S,olo E2e#(lo4diciónustracción&ultiplicación2ivisión por la derec$a2ivisión por la i#!uierda0:ponenciación

J

K

A * RA H RA U RA G R

A V R 9 R G AAWR +significa AR96;A-

e puede puntuali#ar a!uí !ue todos los símbolos e:cepto la división por la i#!uierda son las mismas!ue en otros calculadores. "ara escalares, la división por la i#!uierda es la inversa de la división por la derec$a. La división por la i#!uierda, sin embargo, es más usada para operaciones con arreglos, locual se discutirá más adelante.

:*1* O'en 'e (e%e'en%!a

&atLab ejecuta los cálculos acorde al orden de precedencia siguiente. 0ste orden es el mismo !ue seusa en otros cálculos.

Pe%e'en%!a O(ea%!6n #a"e#3"!%a

"rimeroegundo3ercero

"aréntesis. "ara paréntesis anidado, los más interiores son ejecutados primero0:ponenciación&ultiplicación, división +igual precedencia-




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+i,ear ! ,resionar Enter

+i,ear ! ,resionar Enter

+i,ear tres ,untos - ! ,resiona Enter / ,ara continuar la e,resin en la siguiente línea


(uarto 4dición y sustracción

0n una e:presión !ue tiene varias operaciones, las operaciones de mayor precedencia son ejecutadas primero !ue las operaciones de menor precedencia. i dos o más operaciones tienen la misma precedencia, la e:presión es ejecutada de i#!uierda a derec$a

:*5*U"!l!a%!6n 'e Ma"La, %o#o un %al%ula'o

La forma más simple de usar &atLab es como un calculador. 0sto se $ace en el (ommand Nindoal tipear la e:presión matemática y presiona la tecla En"e. &atLab calcula la e:presión y respondedesplegando ans = y el resultado numérico de la e:presión en la línea siguiente. 0sto lo seguiremosen el tutorial 6.6

TUTORIAL 1*1) U"!l!a%!6n 'e Ma"La, %o#o un %al%ula'o

88 X*YG;

ans 9

66

88 +X*Y-G;

ans 9

X.A555

88 M*AGR*;

ans 9

X.TTTX

88 AWRG;

ans 9

T;.A555

88 ;XW+6GR-*R;W5.;

ans 9 A

88 ;XW6GR*R;W5.;

ans 9

66

88 5.XYAM7+5.XYAM-WRG+6U;UR-*5.XYAWAG+6U;URUMUA-...7+5.XYA-WXG+6U;URUMUAUTUX-

ans 9


8& es e3ecutado

)48 es e3ecutado

5& se e3ecuta

5& es e3ecutado ,rimero6 2 es

1& es e3ecutado ,rimero6 2)1&/ !

&20.2 son e3ecutados des,ués6 ! 4 es

2)1 ! &20.2 son e3ecutados ,rimero6

& es e3ecutado des,ués6 ! 4 es



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5.X5X6

88

;* -ORMATOS 'e 9ISUALIACIÓN

0l usuario de &atLab puede controlar el formato de salida en pantalla. 0n el tutorial 6.6 el formatoutili#ado es de M dígitos después del punto decimal +llamado short -, el cual es el formato por defecto para valores numéricos. /na ve# !ue el formato es ingresado, todas las salidas !ue siguen sedespliegan en el formato especificado. )arios de los formatos válidos se listan a continuación en latabla 6.;., &atLab tiene varios otros formatos para visuali#ar nmeros. "ara obtener detalles de esosformatos, se puede tipear help format en el (ommand Nindo. 0l formato en el cual sonvisuali#ados no afecta cómo &atLab calcula y guarda nmeros.

Co##an' Des%!(%!6n E2e#(loformat s$ort "unto fijado con M dígitos decimales para

5.556 ≤ nmero ≤ 6555?tra forma de desplegar el formato1

s$ort e.

88;@5GXans 9 M6.M;YT

format long "unto fijado con 6M dígitos decimales para5.556 ≤ nmero ≤ 655?tra forma de desplegar el formato1long e

88;@5GXans 9 M6.M;YAX6M;YAX6MR

format s$ort e Eotación científica con M dígitos decimales 88;@5GXans 9 M.6M;@e*556

format long e Eotación científica con 6A dígitos decimales 88;@5GXans 9 M.6M;YAX6M;YAX6MRe*556

format s$ort g &ejor de A dígitos fijados o punto flotante 88;@5GXans 9 M6.M;@

format long g &ejor de 6A dígitos fijados o punto flotante 88;@5GXans 9 M6.M;YAX6M;YAX6M

format banO 2os dígitos decimales 88;@5GXans 9

M6.MRformat compact 0limina líneas vacías para lograr más líneas con información desplegada sobre la

pantallaformat loose 4grega líneas vacías +opuesto de compact-

3abla 6.;1 %ormatos de visuali#ación

=* CONSTRUCCIÓN MATEM/TICA DE -UNCIONES ELEMENTALES

4gregando a las operaciones aritméticas básicas, las e:presiones en &atLab pueden incluir funciones. &atLab tiene una muy e:tensa librería de funciones para construcción de funcionesmatemáticas. /na función tiene un nombre y un argumento entre paréntesis. "or ejemplo, la función!ue calcula la raí# cuadrada de un nmero es sqrt ( x ). u nombre es sqrt , y el argumento es x.(uando la función es utili#ada, el argumento puede ser un nmero, una variable !ue $a sido asignadaa un valor numérico, o una e:presión calculable !ue puede ser construida de nmeros yGo variables.Las funciones pueden estar incluidas en argumentos, tanto como en e:presiones. 0n el tutorial 6.; se

muestran ejemplos del uso de la función sqrt ( x ) cuando &atLab es utili#ado como un calculador con escalares.

1& [email protected] Facultad de Ingeniería uímica ! "etal#rgica

La #ltima e,resin es de los ,rimeros

cuatro términos de las series de +a!lor



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TUTORIAL 1*5) U"!l!a%!6n 'e sqrt (aa %ons"u%%!6n 'e 4un%!ones

88 s!rt+TM-

ans 9

Y

88 s!rt+A5*6MUR-

ans 9

@.A@6X

88 s!rt+AM*@Us!rt+655--

ans 9

6;

88 +6A*T55GM-Gs!rt+6;6-

ans 9

6A

4 continuación se muestra una lista de funciones matemáticas usadas comnmente en &atLab, sinembargo, un lista de funciones organi#ada por nombre y categoría puede ser encontrada en laventana 'elp.

-un%!6n Des%!(%!6n E2e#(los!rt+:-


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es una fila o una columna de nmeros. /na matri# más compleja +bidimensional- es una colección denmeros dispuestos en filas y columnas. /n uso de matrices es para almacenar información y datos,como en una tabla. 0n la ciencia y la ingeniería, las matrices de una dimensión a menudo representanmatrices. 4!uí se muestra cómo crear y variedad de direcciones mientras !ue más adelante semuestra cómo utili#ar matrices en operaciones matemáticas. 4demás de las matrices !ue están$ec$as de nmeros, matrices en &atlab también pueden estar $ec$as de una lista de caracteres, !ue

se llaman cadenas. Las cadenas se discuten en más capítulos por adelantado.

.I.LIOGRA-ÍA1

2iseño estructurado de algoritmos, 2iagramas de flujos y pseudocódigos. 'ernánde#, &aríaLourdes. /niversidad de 3eu:tepe, &é:ico. &ar#o ;565. Eumerical &et$ods for ($emical 0ngineers using 0:cel, )D4 and &atLab, )ictor F. La, ebooOsc$emical engineering, ;56R.


guia n° 1 de programaciÓn en computadoras

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