391 lines
11 KiB
TeX
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TeX
\documentclass{beamer}
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||
\usepackage{xcolor}
|
||
\usepackage{listings}
|
||
\usepackage{pgf}
|
||
%\usepackage{pgf,pgfarrows,pgfnodes,pgfautomata,pgfheaps,pgfshade}
|
||
%\usepackage{multimedia}
|
||
|
||
\usepackage[english]{babel}
|
||
\usepackage{movie15}
|
||
\usepackage[latin1]{inputenc}
|
||
\usepackage{times}
|
||
\usepackage{amsmath}
|
||
\usepackage{bm}
|
||
\usepackage[T1]{fontenc}
|
||
\usepackage[scaled=.90]{helvet}
|
||
\usepackage{scalefnt}
|
||
\usepackage{tikz}
|
||
\usepackage{ textcomp }
|
||
\usepackage{soul}
|
||
\usepackage{hyperref}
|
||
\definecolor{lightblue}{rgb}{.7,.7,1.}
|
||
\definecolor{mygreen}{rgb}{0,1.,0}
|
||
|
||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||
\mode<presentation>
|
||
{
|
||
\usetheme{Singapore}
|
||
\setbeamercovered{opaque}
|
||
\usecolortheme{tuebingen}
|
||
\setbeamertemplate{navigation symbols}{}
|
||
\usefonttheme{default}
|
||
\useoutertheme{infolines}
|
||
% \useoutertheme{miniframes}
|
||
}
|
||
|
||
\AtBeginSection[]
|
||
{
|
||
\begin{frame}<beamer>
|
||
\begin{center}
|
||
\Huge \insertsectionhead
|
||
\end{center}
|
||
% \frametitle{\insertsectionhead}
|
||
% \tableofcontents[currentsection,hideothersubsections]
|
||
\end{frame}
|
||
}
|
||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%5
|
||
|
||
\setbeamertemplate{blocks}[rounded][shadow=true]
|
||
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||
\title[]{Scientific Computing -- Grundlagen der Programmierung }
|
||
\author[]{Jan Grewe\\Abteilung f\"ur Neuroethologie\\
|
||
Universit\"at T\"ubingen}
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||
|
||
\institute[Wissenschaftliche Datenverarbeitung]{}
|
||
\date{03.10.2014 - 07.11.2014}
|
||
%\logo{\pgfuseimage{../../resources/UT_BM_Rot_RGB.pdf}}
|
||
|
||
\subject{Einf\"uhrung in wissenschaftliche Datenverarbeitung}
|
||
\vspace{1em}
|
||
\titlegraphic{
|
||
\includegraphics[width=0.5\linewidth]{../../resources/UT_WBMW_Rot_RGB}
|
||
}
|
||
%%%%%%%%%% configuration for code
|
||
\lstset{
|
||
basicstyle=\ttfamily,
|
||
numbers=left,
|
||
showstringspaces=false,
|
||
language=Matlab,
|
||
commentstyle=\itshape\color{darkgray},
|
||
keywordstyle=\color{blue},
|
||
stringstyle=\color{green},
|
||
backgroundcolor=\color{blue!10},
|
||
breaklines=true,
|
||
breakautoindent=true,
|
||
columns=flexible,
|
||
frame=single,
|
||
captionpos=b,
|
||
xleftmargin=1em,
|
||
xrightmargin=1em,
|
||
aboveskip=10pt
|
||
}
|
||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||
\newcommand{\mycite}[1]{
|
||
\begin{flushright}
|
||
\tiny \color{black!80} #1
|
||
\end{flushright}
|
||
}
|
||
|
||
\input{../../latex/environments.tex}
|
||
\makeatother
|
||
|
||
\begin{document}
|
||
|
||
\begin{frame}[plain]
|
||
\frametitle{}
|
||
\vspace{-1cm}
|
||
\titlepage % erzeugt Titelseite
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[plain]
|
||
\frametitle{Rekapitulation}
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Variablen\pause
|
||
\item Vektoren\pause
|
||
\item Matrizen\pause
|
||
\item Boolesche Operationen\pause
|
||
\item Logische Indizierung\pause
|
||
\item Kontrollstrukturen
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}
|
||
\frametitle{Grundlagen der Programmierung}
|
||
\frametitle{Tagesmen\"u}
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Was ist ein Program?
|
||
\item Skripte und Funktionen
|
||
\item G\"ultigkeitsbereiche
|
||
\item Vom Problem zum Algorithmus
|
||
\item \"Ubungen, \"Ubungen, \"Ubungen.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}[plain]
|
||
\huge{1. Was ist ein Programm?}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}
|
||
\frametitle{Was ist ein Programm?}
|
||
\framesubtitle{Und wo lebt es?}
|
||
Ein Programm ist ...
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item ... eine Sammlung von Anweisungen.
|
||
\end{itemize}\pause
|
||
Es lebt in ...
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item ... einer Datei auf dem Rechner.
|
||
\end{itemize}\pause
|
||
Wenn es zum Leben erweckt wird...
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item ... wird es Zeile fuer Zeile von oben nach unten ausgef\"uhrt.
|
||
\end{itemize}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}
|
||
\frametitle{Was ist ein Programm?}
|
||
\framesubtitle{In Matlab}
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Matlab kennt verschieden Arten von Programmen:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Skripte
|
||
\item Funktionen
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||
\item Objekte (werden wir ignorieren)
|
||
\end{enumerate}\pause
|
||
\item Alle werden in sogenannte m-files gespeichert (z.B. \textit{meinProgramm.m}).
|
||
\item K\"onnen dann von der Kommandozeile aufgerufen werden.
|
||
\item Programme erh\"ohen die Wiederverwertbarkeit von Programmcode.
|
||
\item Programme k\"onnen andere Programme aufrufen.
|
||
\end{itemize}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
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||
\begin{frame}[plain]
|
||
\huge{2. Skripte und Funktionen}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Skripte und Funktionen}
|
||
\framesubtitle{Skripte}
|
||
Beispiel: Plot von Sinusschwingungen
|
||
\footnotesize
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||
\begin{lstlisting}
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||
>> x = (0:0.01:2*pi);
|
||
>> frequenz_1 = 1;
|
||
>> frequenz_2 = 2;
|
||
>> y = sin(frequenz_1 * x);
|
||
>> y2 = sin(frequenz_2 * x);
|
||
>> plot(x, y);
|
||
>> hold on;
|
||
>> plot(x, y2);
|
||
\end{lstlisting}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Skripte und Funktionen}
|
||
\framesubtitle{\"Ubungen}
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item \"Offnet den Editor und schreibt ein Skript, das f\"unf Sinus
|
||
mit den Amplituden \verb+amplitude = [0.25, 0.5, 1.0, 2.0]+ in
|
||
einen Graphen plottet. Benutzt eine \verb+for+ Schleife um die Amplituden abzuarbeiten.
|
||
\item Speichert das Skript und f\"uhrt es von der Kommandozeile aus.
|
||
\item Erzeuge ein zweites Skript, das nun die Frequenz setzt und das
|
||
erste aufruft. Benutzt eine \verb+for+ Schleife um folgende
|
||
Frequenzen abzuarbeiten \verb+frequenzen = [1.0, 2.0]+.
|
||
\item Speichert und ruft dieses Skript \"uber die Kommandozeile auf.
|
||
\item Was ist geplottet, passt es zu den Erwartungen?
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}
|
||
\frametitle{Skripte und Funktionen}
|
||
\framesubtitle{Funktionen}
|
||
Vorherige \"Ubung hat gezeigt, dass die Verwendung von globalen Variablen gef\"ahrlich ist.
|
||
Wie l\"ost man dieses Problem?\\
|
||
\vspace{3em}
|
||
\huge{Funktionen!}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Funktionen} \framesubtitle{Funktionen}
|
||
Funktionen haben ihren eingenen G\"ultigkeitsbereich. Variablen im
|
||
\textit{Workspace} sind ohne Konsequenzen f\"ur die Funktion.
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{lstlisting}
|
||
function plot_sinus_mit_amplituden() % Funktionskopf
|
||
x = (0:0.01:2*pi); % hier faengt der Funktionskoerper an
|
||
frequenz = 1.0;
|
||
amplituden = [0.25 0.5 0.75 1.0 1.25];
|
||
|
||
for i = 1:length(amplituden)
|
||
y = sin(frequenz * x) * amplituden(i);
|
||
plot(x, y)
|
||
hold on;
|
||
end
|
||
\end{lstlisting}\pause
|
||
Ist das eine gute Funktion?
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Funktionen}
|
||
\framesubtitle{Argumente und R\"uckgabewerte}
|
||
Grundlegende Idee ist $y = f(x)$.\\
|
||
\"Ahnlich dazu kann man den Funktionskopf mit Argumenten und R\"uckgabewerten definieren
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{lstlisting}
|
||
function y = plot_sinus(frequenz, amplitude)
|
||
% ^ ^ ^
|
||
% Rueckgabewert Argument_1 Argument_2
|
||
\end{lstlisting}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Skripte und Funktionen}
|
||
\framesubtitle{Programmierstil}
|
||
Programmierstil ist:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Die Namensgebung fuer Variablen und Konstanten.
|
||
\item Die Namensgebung von Skripten und Funktionen.
|
||
\item Die Verwendung von Einr\"uckungen und Leerzeilen um Bl\"ocke im Code hervorzuheben.
|
||
\item Verwendung von Kommentaren und Hilfetexten.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Funktionen}
|
||
\framesubtitle{Zusammenfassung}
|
||
Funktionen sind kleine Code Fragmente, die
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item ... genau eine Aufgabe erledigen.
|
||
\item ... Argumente entgegennehmen k\"onnen.
|
||
\item ... R\"uckgabewerte haben k\"onnen.
|
||
\item ... ihren eigenen G\"ueltigkeitsbereich haben.
|
||
\item ... Skripten fast immer vorzuziehen sind.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[plain]
|
||
\huge{3. Programmierstil}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Programmierstil}
|
||
\framesubtitle{Was soll das?}
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Die Namensgebung fuer Variablen und Konstanten.
|
||
\item Die Namensgebung von Skripten und Funktionen.
|
||
\item Die Verwendung von Einr\"uckungen und Leerzeilen um Bl\"ocke im Code hervorzuheben.
|
||
\item Verwendung von Kommentaren und Hilfetexten.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Skripte und Funktionen}
|
||
\framesubtitle{Programmierstil}
|
||
In verschiednen Sprachen verschiedene Konventionen. In MATLAB ...
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Funktionen, Skripte: Kleinbuchstaben, Abk\"urzungen. (z.B. \verb+xcorr+, \verb+repmat+)
|
||
\item Konvertierungen immer mit format2format (z.B. \verb+num2str+)
|
||
\item Variablen immer klein, h\"aufig Abk\"urzungen.
|
||
\item Kommentare h\"aufig fuer interne Zwecke aber ausf\"uhrliche Dokumentation mit Hilftexten.
|
||
\end{itemize}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Skripte und Funktionen} \framesubtitle{Programmierstil}
|
||
Es gibt verschiedene ''Religionen''. Ein m\"ogliches Credo k\"onnte
|
||
sein: \\
|
||
\textbf{``Programmcode muss lesbar sein.''}\pause
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Variablen werden klein geschrieben. Wenn n\"otig entweder im
|
||
\textit{camelCase} oder mit Unterstrichen (z.B. \verb+spikeCount+
|
||
oder \verb+spike\_count+).
|
||
\item Funktionen und Skripte mit ausdrucksstarken Namen (z.B. \verb+loadSpikeData+).
|
||
\item Kommentare sparsam. Eventuell um Abschnitte zu trennen.
|
||
\item Hilfetexte: Ein Problem; sie m\"ussen aktuell sein sonst sind
|
||
sie sch\"adlicher als wenn sie gar nicht da w\"aren.
|
||
\item Einr\"uckung ist Pflicht.
|
||
\item Bl\"ocke im Code werden durch 1 Leerzeichen getrennt.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Programmierstil}
|
||
Ihr d\"urft all das missachten und einen eingenen Stil entwickeln. Aber:\\
|
||
\vspace{2.5cm}
|
||
\centering
|
||
\huge{Bleibt konsitent!}\pause
|
||
\vspace{2.5cm}
|
||
\normalsize
|
||
|
||
Es gibt dazu ganze B\"ucher. z.B. Robert C. Martin: \textit{Clean
|
||
Code: A Handbook of Agile Software Craftmanship}, Prentice Hall
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}[plain]
|
||
\huge{4. Vom Problem zum Algorithmus zum Programm}\\
|
||
\begin{figure}
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[height=0.6\textheight]{./images/turtur}
|
||
\end{figure}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}
|
||
\frametitle{Vom Problem zum Algorithmus}
|
||
\framesubtitle{Uff, schwierig...}
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Am besten f\"angt man mit einem weissen Blatt an. :-) \pause
|
||
\item Begr\"abt alle Angst vor Fehlern. \pause
|
||
\item Macht sich klar, was das die Ausgangsituation ist.\pause
|
||
\item Macht sich klar, was das Ziel ist.\pause
|
||
\item Zerlegt das Problem in kleinere Teile und wendet Schritte 1 - 5 auf jedes Teilproblem an.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}[fragile]
|
||
\frametitle{Vom Problem zum Algorithmus}
|
||
\frametitle{\"Ubungen - Funktionen}
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Schreibe eine Funktion \verb+plotSineWave+ die die Amplitude
|
||
des Sinus als Argument entgegennimmt.
|
||
\item Erweitere die Funktion in der Weise, dass sie zus\"atzlich die
|
||
gew\"uenschte Frequenz \"ubernimmt.
|
||
\item Erweitere \verb+plotSineWave+ so, dass sie eine Schar von
|
||
Sinuswellen unterschiedlicher Frequenz plottet.
|
||
\item Erweitere \verb+plotSinWave+ so, dass auch die Amplitude als
|
||
Vektor \"ubergeben werden kann. Die Funktion soll alle m\"oglichen
|
||
Kombinationen darstellen.
|
||
\item Erweitere \verb+plotSinWave+ so, dass die berechnete Sinus in einer 2-D Matrize zurckgegeben werden.
|
||
\item F\"uge zwei weitere R\"uckgabeparameter hinzu, die f\"ur jede
|
||
Berechnung die Amplitude und Frequenz zur\"uckgeben.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\begin{frame}
|
||
\frametitle{Vom Problem zum Algorithmus}
|
||
\framesubtitle{\"Ubungen - eine Herausforderung}
|
||
Wie w\"are es mit folgendem Problem:\\
|
||
Ich habe die Aufnahme des Membranpotentials einer Nervenzelle...
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item ... und m\"ochte die Zeitpunkte der Aktionspotentiale ermitteln.
|
||
\item ... und m\"ochte die Anzahl der Aktionspotentiale wissen.
|
||
\end{enumerate}\pause
|
||
Aufgaben:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Formuliert geeignete Zwischenziele.
|
||
\item Entwickelt einen Ansatz um dieses Problem zu l<>sen.
|
||
\end{enumerate}
|
||
\end{frame}
|
||
|
||
|
||
\end{document}
|