Управление потоком: if, for, while

Базовые конструкции управления — и трезвый взгляд на то, когда их применять, а когда векторизовать.

В MATLAB блоки управления закрываются ключевым словом end, а не фигурными скобками.

Условный оператор

Синтаксис if прост: условие без скобок (хотя скобки допустимы), ветки elseif и else, закрытие end. Условие — это логическое выражение; для скалярных условий используют && и || с коротким замыканием.

x = 7;
if x > 10
    disp('большое')
elseif x > 5
    disp('среднее')
else
    disp('малое')
end

Вывод:

среднее

Цикл for

Цикл for пробегает по столбцам массива: переменная цикла принимает значения элементов. Чаще всего перебирают диапазон 1:n. Помните главный совет курса: если тело цикла можно выразить векторно — выражайте; for оставляйте для случаев, где итерации зависят друг от друга.

s = 0;
for k = 1:5
    s = s + k;        % накопление
end
disp(s)               % 15

Вывод:

Цикл while

Цикл while повторяется, пока условие истинно. Он уместен, когда число итераций заранее неизвестно — например, в итерационных численных методах, где считаешь до сходимости. break досрочно выходит из цикла, continue переходит к следующей итерации.

n = 1;
while n < 100
    n = n * 2;        % удвоение
end
disp(n)               % 128 — первое число >= 100

Вывод:

switch для дискретного выбора

Когда вариантов много, читабельнее switch. Он сравнивает значение с метками case; ветка otherwise ловит остальное. В отличие от C, «проваливания» между case нет — каждая ветка автономна.

Как работает под капотом

Условие if в MATLAB истинно, если все элементы массива ненулевые. То есть if v для вектора v эквивалентно if all(v(:)). Это частый источник скрытых багов: программист думает «если хоть один элемент…», а MATLAB проверяет «если все». Когда нужна логика «хотя бы один» или «все», явно пишут any(...) и all(...) — так код читается однозначно.

Стоимость итераций и предвыделение

Если цикл всё же необходим, его пишут грамотно, и главное правило — предвыделение памяти. Растущий внутри цикла массив (result(end+1) = ...) заставляет MATLAB при каждом шаге копировать весь массив в новое, большее место, превращая линейный по смыслу цикл в квадратичный по времени. Лекарство простое: заранее создать массив нужного размера через zeros, а в цикле только записывать в готовые ячейки. Редактор сам предупреждает об этой ошибке подчёркиванием. Второй приём — выносить из тела цикла всё, что не зависит от итерации: вычисленное один раз снаружи не нужно пересчитывать тысячи раз внутри. Эти две привычки делают неизбежные циклы настолько быстрыми, насколько это возможно на интерпретируемом языке.

Частые ошибки

Закрывать блоки скобками {} вместо end.
Ставить условие-вектор в if, не понимая, что проверяется all.
Писать while без изменения условия внутри — бесконечный цикл.
Использовать циклы там, где напрашивается векторизация.

Перебор не только чисел

Цикл for в MATLAB устроен гибче, чем кажется. Переменная цикла пробегает столбцы заданного массива, и это значит, что перебирать можно не только диапазон 1:n, но и столбцы матрицы, и ячейки cell-массива. Например, for c = M присвоит c по очереди каждый столбец матрицы M. Это иногда удобнее, чем индексировать по номеру. Тем не менее в большинстве учебных и инженерных задач перебирают именно диапазон индексов — это самая распространённая и понятная форма.

Короткое замыкание и защита от ошибок

Логические операторы && и || обладают коротким замыканием: второе условие вычисляется, только если первое не определило результат. Это не просто оптимизация, а способ писать безопасный код. Запись if n > 0 && v(n) > 5 сначала проверит, что индекс n положителен, и лишь затем обратится к v(n) — иначе при n = 0 произошла бы ошибка индексации. Поэлементные & и | так не умеют: они всегда вычисляют оба операнда. Поэтому в скалярных условиях if предпочитают именно сдвоенные операторы — они и безопаснее, и быстрее. А для непредвиденных сбоев существует конструкция try ... catch, перехватывающая ошибки, чтобы программа не прерывалась, а корректно их обработала.

Итоги

Блоки закрываются end; ветки — elseif/else.
for идёт по столбцам, while — до условия; break/continue управляют ходом.
if над массивом проверяет «все ненулевые» — используйте any/all.