2.4. Оператор цикла for

Часто при организации цикла требуется перебирать значение счетчика в заданном диапазоне значений и с заданным шагом изменения. Например, чтобы перебрать элементы вектора (массива), нужно организовать счетчик от 1 до N с шагом 1, где N – число элементов вектора. Чтобы вычислить сумму ряда, также задается счетчик от a до b с требуемым шагом изменения step. И так далее. В связи с тем, что подобные задачи часто встречаются в практике программирования, для их реализации был предложен свой оператор цикла for, который позволяет проще и нагляднее реализовывать цикл со счетчиком.

Синтаксис оператора цикла for имеет следующий вид:

for <счетчик> = <начальное значение>:<шаг>:<конечное значение>
      <операторы цикла>
end

Рассмотрим работу данного цикла на примере реализации алгоритма поиска максимального значения элемента в векторе:

function search_max
a = [3 6 5 3 6 9 5 3 1 0];
m = a(1);                    % текущее максимальное значение
for i=1:length(a)            % цикл от 1 до конца вектора с
                             % шагом 1 (по умолчанию)
    if m < a(i)                   % если a(i) > m,
         m = a(i);           % то m = a(i)
    end
end                          % конец цикла for
disp(m);

В данном примере цикл for задает счетчик i и меняет его значение от 1 до 10 с шагом 1. Обратите внимание, что если величина шага не указывается явно, то он берется по умолчанию равным 1.

В следующем примере рассмотрим реализацию алгоритма смещения элементов вектора вправо, т.е. предпоследний элемент ставится на место последнего, следующий  – на место предпоследнего, и т.д. до первого элемента:

function queue
a = [3 6 5 3 6 9 5 3 1 0];
disp(a);
for i=length(a):-1:2              % цикл от 10 до 2 с шагом -1
     a(i)=a(i-1);            % смещаем элементы вектора а
end                          % конец цикла for
disp(a);

Результат работы программы

3 6 5 3 6 9 5 3 1 0
3 3 6 5 3 6 9 5 3 1

Приведенный пример показывает, что для реализации цикла со счетчиком от большего значения к меньшему, нужно явно указывать шаг, в данном случае, -1. Если этого не сделать, то цикл сразу завершит свою работу и программа  будет работать некорректно.

В заключении рассмотрим работу оператора цикла for на примере моделирования случайной последовательности с законом изменения

,

где  - коэффициент от -1 до 1;  - нормальная случайная величина с нулевым математическим ожиданием и дисперсией

,

где  - дисперсия моделируемого случайного процесса. При этом первый отсчет  моделируется как нормальная случайная величина с нулевым математическим ожиданием и дисперсией . Программа моделирования имеет следующий вид:

function modeling_x
r = 0.95;                    % коэффициент модели
N = 100;                     % число моделируемых точек
ex = 100;                    % дисперсия процесса
et = ex*(1-r^2);             % дисперсия случайной добавки
x = zeros(N,1);                   % инициализация вектора х
x(1) = sqrt(ex)*randn;       % моделирование 1-го отсчета
for i=2:N                    % цикл от 2 до N
     x(i)=r*x(i-1)+sqrt(et)*randn;          % моделирование СП
end                          % конец цикла
plot(x);                     % отображение СП в виде графика

При выполнении данной программы будет показана реализация смоделированной случайной последовательности .

Рис. 2.1. Результат моделирования случайной последовательности.

Работа программы начинается с определения переменных ,  (в программе переменная ex) и  для реализации указанной модели. Затем вычисляется дисперсия  и моделируется первый отсчет случайного процесса с помощью функции randn. Функция randn выполняет генерацию нормальных случайных величин с нулевым средним и единичной дисперсией. Чтобы сгенерировать случайную величину с дисперсией  достаточно случайную величину с единичной дисперсией умножить на , т.к. дисперсия – это средний квадрат случайной величины относительно математического ожидания. В результате имеем программную строчку

x(1) = sqrt(ex)*randn;

Затем, реализуется цикл for со счетчиком i от 2 до N с шагом 1. Внутри цикла выполняется моделирование оставшихся N-1 отсчетов случайного процесса в соответствии с приведенной выше формулой. В последней строчке программы записана функция plot(), которая выводит смоделированную последовательность на экран в виде графика. Более подробно работа с выводом графиков на экран будет рассмотрена в следующей главе.