程式與科學計算 matlab --...
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程式與科學計算 Matlab -- Debug
• 程式語言常見的錯誤種類：
– 語法錯誤（例如：a=[1,2,3;4,5] ）
– 邏輯錯誤（例如：if ((a>0) & (b<0))… 打成if ((a>0) | (b<0))
– 執行階段錯誤（例如：a=100/b，當b=0時a=Inf）
• 經常活在Matlab程式中的「蟲」：
– 變數名稱大小寫混淆（例如 Count vs count）
– 輸入函數或指令的變數類型錯誤（例如 xlabel(3x2), exp(‘a’)）
– 純量變數與陣列變數混淆，或弄錯陣列的大小（或維度）
– 邏輯判斷相等時，誤用= （正確語法應該是 if a==0）.
– 在else後面放上邏輯判斷式
工程師通常花10%的時間寫程式，90%的時間抓蟲
一般除錯技巧（Debugging）
• 除錯技巧一：去除每一行程式尾端的分號（;），將執行的結果顯示在指令視窗中。
• 除錯技巧二：在.m程式中加入 keyboard 指令
– 程式執行至此處即暫停，並顯示“k >>”的提示號
– 此時可查看或改變工作空間的各個變數，找出錯誤
– 若要繼續執行程式，在指令視窗下輸入return並按 Enter
• 除錯技巧三：debug函數時，用%把第一列的函數宣告列（function xxx=…）關掉，直接設定輸入變數的值，此時就可以獨立執行這個函數的 M 檔案（即不需要透過主程式呼叫），並保留所有變數於主要工作空間中。
• 除錯技巧四：使用 MATLAB 的除錯器。
Matlab除錯器（Debugger）
• Matlab提供指令式和圖形介面的除錯器（在Editor window有debugger工具列）。
• 這邊我們只介紹圖形介面的除錯功能： – 查詢每一個函數的工作空間（Workspace）
– 顯示函數呼叫過程
– 一列一列地執行 M 檔案（Step-by-step Execution）
Debugger toolbar
除錯的第一步：設立中斷點
• 將游標移到要放置中斷點的那行程式，用滑鼠點取工具列的中斷點按鈕，就會在行編號的右邊出現紅點，代表中斷點 。
• 或者直接用滑鼠在行編號右邊點擊，設定中斷點
• 再點一次紅點就可清除中斷點。
除錯功能：設立中斷點
• 設定中斷點後，按F5程式執行到該處就會暫停，在Editor window程式碼前出現綠色箭號，顯示目前暫停的位置：
• 設定中斷點後，如果修改程式任何地方（包括鍵入或消除空白），中斷點會暫時變為灰色，若未存檔，則設定的中斷點會失效，只有在存檔後，中斷點會恢復成紅色且發揮功能。
• 中斷後可在指令視窗檢視各個變數的值
• 檢視變數或運算式有三個方法 ：
– 將滑鼠移到變數附近
– 在指令視窗輸入變數或運算式。
– 選取變數或運算式後，利用滑鼠右鍵點取，並選擇“Evaluate Selection”。
• 選取debugger工具列上的 stack 下拉式選單，可跳到不同的工作空間（主程式、自訂函數）
檢視變數或運算式
逐步執行（step） • 若按下step按鈕（或在指令視窗輸入dbstep指令），則綠色箭號變成向下，程式會往下執行一行後暫停。
• 再按（或於指令列輸入）step數次，可一行一行將整個函數執行完成。
繼續執行（continue）
• 可以設立多個中斷點，如果在某個中斷點暫停，按continue按鈕（或在指令視窗輸入dbcont指令），程式會繼續往下執行到下一個中斷點才暫停。
進入函數執行（step in） • 主程式中若呼叫了內建函數或自訂函數，逐步執行到該行程式時，按下step in按鈕，就會跳入函數的程式碼中，此時就可以繼續用step或continue檢查函數的程式碼
• 若函數內又呼叫了其他函數，可再用step in逐層進入。
退出函數執行（step out）
• 若在函數程式中，想要回到上一層主程式（或函數），可以按step out退出
Debugger工具列按鈕 功能
2010 / 2014
設立或移除中斷點
移除所有中斷點
執行下一行程式碼
繼續執行程式碼
進入函數程式碼
退出函數程式碼
跳出除錯模式
More on Matlab Debugger
• Matlab官網對debugg的詳細說明與範例：
– http://www.mathworks.com/help/matlab/matlab_prog/debugging-process-and-features.html#brqxeeu-177
• 實際操作debugger影片（推薦！）：
– https://www.youtube.com/watch?v=PdNY9n8lV1Y
Fortran GrADS Matlab
Program/script .f95 [compilation] .gs .m
Variable (real/integer /string) operation
[declaration] Data variables
Array operation Data array
If 邏輯判斷 (not covered)
Loop 迴圈 Do-loop (not covered) For-loop
Text file I/O X
Binary file I/O
Subroutine/Function (not covered)
Plot map/contour X
Plot line chart X
Mass/parallel computation
X X
學期回顧
下下週期末考 1/09（一）
• 範圍：與Matlab相關的上課、影片與作業內容
• 個人上機考試（3:30PM~5:20PM）建議提早到達準備
• OPEN BOOK (NOTES, INTERNET, HOMEWORK, SOLUTIONS…)
• 使用自己的筆電，請攜帶電源線、網路線 （需要借用筆電請在1/7週六前先預約）
• 考試期間不可與旁人討論或傳遞訊息、檔案 （違規者取消考試資格）
• 佔原始總成績10%
Beyond This Course…
程式與科學運算
（大二上）
Fortran, GrADS, Matlab
大氣熱力學
（大二上）
Fortran, Matlab
大氣輻射
（大二上）
Fortran
數值分析
（大二下）
Matlab
大氣動力
（大三）
Matlab, Fortran
天氣學實習
（大三）
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氣候學
（大四）
GrADS, Matlab
獨立研究、數值預報、地球系統模式…（高年級/研究所選修）
Frotran, GrADS, Matlab
統計與大氣科學
（大二下）
Matlab
大氣測計學
（大二上）
Fortran, Matlab
希望修完這門課之後你有學會…
使用Fortran, Matlab, GrADS, UNIX的基本能力
（大氣常用數值資料的讀寫運算、繪圖、分析）
寫程式的良好觀念與習慣
看懂其他人撰寫的程式，並且加以運用、修改的能力
實際使用程式語言與科學軟體解決問題的經驗（邏輯分析、自我學習、偵錯、團隊合作）
只會一種程式語言不夠嗎？你可以再學一種！
Codecademy https://www.codecademy.com/
謝謝同學們本學期的參與， 還有助教們的盡心協助
• 期末考後請幫忙填寫另一份針對「翻轉教室」的意見調查，提供往後課程調整改進的參考，造福學弟妹。
• 問卷網址會另外以email通知