UNVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUMANGA
I.
INGENIERÍA CIVIL
OBJETIVOS:
PROGRAMACIÓN DIGITA DIGITAL L
Dominio y aplicación de las sentencias if, switch y while con con lectura lectura y escritura escritura interacti interactiva va de variables.
Hacer Hacer un programa programa aplicado aplicado a la Ingenierí Ingenieríaa en MA MA!A" usando usando las sentenc sentencias ias if, switch switch y while.
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“ HIDRÁULIC HIDRÁULICA A DE CANALES ABIERTOS ABIERTOS ” 1
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II.
INGENIERÍA CIVIL
RESUMEN
#sta pr$ctica n%mero II de &rogramación Digital en Mat!ab consiste en hacer un &rograma en 'ui de Mat!ab sobre (Hidr$ulica de )anales Abiertos* para poder obten obtener er lo siguie siguiente nte++ iran irante, te, elocida locidad, d, -rea -rea Hidr$u Hidr$ulic lica, a, &eríme &erímetro tro,, adio adio Hidr$ulico, #spe/o de agua o 0oco de la &ar$bola, 1%mero de 0roude, #nergía #spec #specific ificaa y ipo ipo de 0lu/o 0lu/o por difere diferente ntess seccio seccione ness geom2 geom2tric tricas as tales tales como+ como+ ectan ectangul gular ar , rian riangul gular ar , rap rape3o e3oida idal, l, &arab &arabóli ólico co,, )ircu )ircular lar,, ecta ectangu ngular lar con con es4uin es4uinas as redond redondea eadas das,, rian riangul gular ar con base circular circular y secció secciónn "a%l. "a%l. &ara &ara este este programa se utili3a las sentencias if..!i"#$.%i&'! las cuales nos permiten reali3ar una u otra operac operación ión seg%n seg%n se cump cumpla la o no una deter determin minada ada condi condició ción. n. 5ste 5ste programa es muy importante i mportante en nuestra formación profesional ya 4ue nos permite determinar con facilidad facilidad y rapide3 las propiedades propiedades hidr$ulicas.
Switch.- #sta sentencia, permite e/ecutar, una u otra u otra acción, al evaluar una condición, cuyo resultado es el 4ue indica 4ue blo4ue 6o blo4ues7 de instrucciones se van a e/ecutar.
8
While.8#/ecuta sentencias repetidamente mientras la condición sea verdadera. Sintaxis 9hile condición 9hile condición :entencias end Donde la condición puede ser una e;presión vectorial o matricial. !as sentencias siguen e/ecutando e/ecutando mientas haya elementos distintos distintos de cero en condición, condición, es decir mientras haya alg%n o algunos algunos elementos verdadero . #l bucle termina cuando cuando todos los elementos de condición son falso.
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D#:)I&)I<1 MA#M-I)A RECTANGULA R , TRIANGULAR 7TRAPE9OID AL ECUACI:N DEL CAUDAL AR = B S > = A@ B S > = 4= = -P = B REEMPLA9AN DO LAS E8PRESIONE S DE A 7 P 7 DESPE6ANDO TIRANTE 4=
[ ( * + () ) ) ] @ B S > =
[
] [
=B
- * + = ) > + ( = 4[ ( * + () ) ) ] @ B = > = * + = ) > + ( = S 4[ ( * + () ) ) ] @ = > = * + = ) > + ( = S
[
] ]
=B
=B
B
B
= 4- ( * + () ) ) = > = [* + = ) > + ( = ] S > @ = 4- B = > = [* + = ) > + ( ] S ) = @ ( * + () ) @
@
H,'i#-32 ", %i./i#- 21#+,'i0- -#52% + B
4- C = S
P,+, ", sec 'i0- &+,1#(2i3,"
C [* + = ) > + ( = ]= ) = @ ( * + () )
> @
P,+, ", sec 'i0- +#' tan ./",+ 6 ( = ?7
C [ * + = ) ] = ) = *@
> @
P,+, ", sec 'i0- &+i,-./",+ 6* = ?7
C [= ) > + ( = ]= ) = ( () ) @
> @
PARA LOS TRES ANTERIORES A = 6* + () 7 ) P = * + = ) > + ( = T = * + = ()
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PARA LA SECCI:N CIRCULAR 4=
A@ B S -P = B @B
PARA LA SECCI:N PAR
4=
=AB
@AB
4= P = T) S B T ; = C ) =AB
=
H,'i#-32 ", %i./i#- 21#+,'i0- +
; + = ) + P = = ;) + D ) + ; ln ; =
=AB
B
@
B 4- C = S
> @
> (θ − %#-θ ) 3 = C > P = θ 3 = A =
=AB
B
@
= )
= C > θ = %#-θ + C θ 3 3 = =
@AB
= T) = 4- P S B 4 = T) = P B S 4- = T ) = P B S B 4- ) = P =T S @
=B
> (θ − %#-θ ) 3 = = 4- > θ 3 S = C B @ = 4- > > (θ − %#-θ ) 3 = = θ 3 C S = > @ B = C 4- > θ = %#-θ + θ 3 3 = S =
=
θ T = %#- 3 = =i-,"5#- + R,3i2 Hi3+/"i'2 H,'i#-32 ", %i./i#- 21#+,'i0- + A R = 4- C = P S V#"2'i3,3 3#" f"/>2 + B 4 ) = [CP ] V =T A = N@5#+2 3# =+2V/3# A = T ) B V = = ; + = ) + = ) A . P = = ;) + D ) + ; ln T ; E-#+.? E%1#'?f#'i', T ; = ; = V = C ) E = ) + = . Ti12 3# ="/>2 Si = < > → #% /- ="/>2 S/*'+i&i'2 Si = > > → #% /- ="/>2 S/1#+'+i&i '2 >A @
B
=
B
= >A @
=
=
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:#))I1 #)A1'G!A )1 #:KGI1A: #D1D#ADA: A@ B S 4= -P = B B@ 4- * + = ) > + ( = > = S Despe/amos obtenemos. ) = * + = R :#))I1 IA1'G!A )1 "A:# )I)G!A
[
]
=@
A@ B S 4= -P = B Al reempla3ar el $rea y el perímetro en la ecuación, luego despe/amos obtenemos lo sigiuente + &ara facilitar al escribir la operación definimos J y ya sabemos J F = > − ( cot . −> 6 ( 7
[
F = = 3( y 8 ) + R > + ( =
]
=@ 4- B @ T = = R6 = ( > + ( − + R = 6 > = S ( ( ) =
> =
− R > + ( =
( :#))I1 #1 0MA D# "AG!
4=
A@ B S -P = B
-rea . = AF E 6y 8 7.= = &erímetro & F =.6y 8 7 E π π
adio hidr$ulico
=
A &
#spe/o de agua = = A T Al reempla3ar el $rea y el perímetro en la ecuación, luego despe/ando tenemos + &rofundidad Hidr$ulica =
> @
) =
4- B > = 6=6 ) − R7 + π R7 = S = R
+ π R + R
III. PLANTEAMIENTO RESOLU!I"N #. Plantea$ient% &el P'%(le$a. Desarrollar un programa de Hidr$ulica de )anales Abiertos 4ue calcule el irante, elocidad, -rea Hidr$ulica, &erímetro, adio Hidr$ulico, #spe/o de agua o 0oco de la &ar$bola, 1%mero de 0roude, #nergía #specifica y ipo de 0lu/o por diferentes secciones geom2tricas tales como+ ectangular , riangular , PROGRAMACIÓN DIGITAL
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rape3oidal, &arabólico, )ircular, ectangular con es4uinas redondeadas, riangular con base circular y sección "a%l, etc. #l programa debe ser elaborado en el Interfa3 'rafica del Gsuario 6'GI7 y M80ile de MA!A". Gsted debe mane/ar todos los ob/etos y funciones 4ue utilice para el ingreso, procesamiento y presentación de resultados de acuerdo a la sección 4ue haga el usuario desprograma.
). P'%ce&i$ient% * Res%l+ci,n. &rimeramente en el interfa3 grafico de usuario creamos los diferentes tipos de botones 4ue se va emplear para este programa para datos de entrada y salida 6#dit e;t7, para seleccionar las secciones 6pop8up men%7 L para escribir te;to 6:tatic e;t7, para presentar figuras 6A;is7 y para las opciones de ayuda, salir limpiar y nuevo 6&ush "utton7Lcomo puedo mostrar en la figura+
!uego de haber concluido con la creación de los diferentes tipos de botones+ pop8up men%, edit te;t, , estatic te;t, a;is , etc. )omensamos a programar.
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a7 primeramente comen3amos a programar en el pop8up men%, para ello hago clic derecho en &op8up men%, luego en su campo callbac y así me lleva donde voya programar.
:eguidamente declaramos u 6par$metro global7L K, n, s 6variables globales7, luego utili3amos la sentencia s witch para e/ecutar cual4uiera de las opciones del pop8men%, la tarea 4ue reali3a el case es de e/ecutar la instrucción correspondiente a las opciones del pop8men%. &ara case1 64ue sería la primera opción del pop8up men%7 esto se e/ecutara mientras en el pop8up men% se active la primera opción 4ue nos muestra #scoger una sección, case 2 se activara para la opción = 4ue es para una sección rectangular y asi sucesivamente para cual4uiera de la opciones 6 case 3,N., case97. ambi2n es a4uí para cada sección codificamos los botones donde introduciremos los datos.
function seccion_Callback(hObject, eventdata, handles) global u Q n S u=get(handles.seccion, 'value'); Q=st!double(get(handles.caudal, 'sting')); n=st!double(get(handles.ugosidad,'sting')); S=st!double(get(handles."endiente,'sting'));
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s#itch u case $ %sgbo&('O *+O SCO-* /* SCC0O/','O') etun case ! i%g=i%ead('ectangula.j"g'); a&es(handles.a&es$); i%sho#(i%g); set(handles.caudal,'visible','on'); set(handles.ugosidad,'visible','on'); set(handles."endiente,'visible','on'); set(handles.base,'visible','on'); set(handles.talud,'visible','off'); set(handles.dia%eto,'visible','off'); set(handles.es"ejo,'visible','off'); set(handles.te&t$1,'visible','on'); set(handles.te&t!2,'visible','on'); set(handles.te&t!$,'visible','on'); set(handles.te&t!!,'visible','on'); set(handles.te&t!3,'visible','off'); set(handles.te&t!4,'visible','on'); set(handles.te&t!5,'visible','on'); set(handles.te&t!6,'visible','on'); set(handles.te&t!7,'visible','off'); set(handles.te&t!8,'visible','off'); set(handles.te&t!1,'visible','off'); set(handles.te&t32,'visible','off'); b=st!double(get(handles.base,'sting')); 9=2; case 3 i%g=i%ead('tiangula.j"g'); a&es(handles.a&es$); i%sho#(i%g); set(handles.caudal,'visible','on'); set(handles.ugosidad,'visible','on'); set(handles."endiente,'visible','on'); set(handles.base,'visible','off'); set(handles.talud,'visible','on'); set(handles.dia%eto,'visible','off'); set(handles.es"ejo,'visible','off'); set(handles.te&t$1,'visible','on'); set(handles.te&t!2,'visible','on'); set(handles.te&t!$,'visible','on'); set(handles.te&t!!,'visible','off'); set(handles.te&t!3,'visible','on'); set(handles.te&t!4,'visible','on'); set(handles.te&t!5,'visible','on'); set(handles.te&t!6,'visible','off'); set(handles.te&t!7,'visible','off'); set(handles.te&t!8,'visible','off'); set(handles.te&t!1,'visible','off'); set(handles.te&t32,'visible','off'); b=2; 9=st!double(get(handles.talud,'sting')); case 4 i%g=i%ead('ta"e9oidal.j"g'); a&es(handles.a&es$); i%sho#(i%g); set(handles.caudal,'visible','on'); set(handles.ugosidad,'visible','on');
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set(handles."endiente,'visible','on'); set(handles.base,'visible','on'); set(handles.talud,'visible','on'); set(handles.dia%eto,'visible','off'); set(handles.es"ejo,'visible','off'); set(handles.te&t$1,'visible','on'); set(handles.te&t!2,'visible','on'); set(handles.te&t!$,'visible','on'); set(handles.te&t!!,'visible','on'); set(handles.te&t!3,'visible','on'); set(handles.te&t!4,'visible','on'); set(handles.te&t!5,'visible','on'); set(handles.te&t!6,'visible','on'); set(handles.te&t!7,'visible','off'); set(handles.te&t!8,'visible','off'); set(handles.te&t!1,'visible','off'); set(handles.te&t32,'visible','off'); b=st!double(get(handles.base,'sting')); 9=st!double(get(handles.talud,'sting')); case 5 i%g=i%ead('"aabolico.j"g'); a&es(handles.a&es$); i%sho#(i%g); set(handles.caudal,'visible','on'); set(handles.ugosidad,'visible','on'); set(handles."endiente,'visible','on'); set(handles.base,'visible','off'); set(handles.talud,'visible','off'); set(handles.dia%eto,'visible','off'); set(handles.es"ejo,'visible','on'); set(handles.te&t$1,'visible','on'); set(handles.te&t!2,'visible','on'); set(handles.te&t!$,'visible','on'); set(handles.te&t!!,'visible','off'); set(handles.te&t!3,'visible','off'); set(handles.te&t!4,'visible','on'); set(handles.te&t!5,'visible','on'); set(handles.te&t!6,'visible','off'); set(handles.te&t!7,'visible','on'); set(handles.te&t!8,'visible','off'); set(handles.te&t!1,'visible','on'); set(handles.te&t32,'visible','off'); :=st!double(get(handles.es"ejo,'sting')); case 6 i%g=i%ead('cicula.j"g'); a&es(handles.a&es$); i%sho#(i%g); set(handles.caudal,'visible','on'); set(handles.ugosidad,'visible','on'); set(handles."endiente,'visible','on'); set(handles.base,'visible','off'); set(handles.talud,'visible','off'); set(handles.dia%eto,'visible','on'); set(handles.es"ejo,'visible','off'); set(handles.te&t$1,'visible','on'); set(handles.te&t!2,'visible','on'); set(handles.te&t!$,'visible','on'); set(handles.te&t!!,'visible','off'); set(handles.te&t!3,'visible','off'); set(handles.te&t!4,'visible','on');
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set(handles.te&t!5,'visible','on'); set(handles.te&t!6,'visible','off'); set(handles.te&t!7,'visible','off'); set(handles.te&t!8,'visible','on'); set(handles.te&t!1,'visible','off'); set(handles.te&t32,'visible','on'); =st!double(get(handles.dia%eto,'sting')); case 7 i%g=i%ead('ectangulaes
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i%g=i%ead('baul.j"g'); a&es(handles.a&es$); i%sho#(i%g); set(handles.caudal,'visible','on'); set(handles.ugosidad,'visible','on'); set(handles."endiente,'visible','on'); set(handles.base,'visible','off'); set(handles.talud,'visible','off'); set(handles.dia%eto,'visible','on'); set(handles.es"ejo,'visible','off'); set(handles.te&t$1,'visible','on'); set(handles.te&t!2,'visible','on'); set(handles.te&t!$,'visible','on'); set(handles.te&t!!,'visible','off'); set(handles.te&t!3,'visible','off'); set(handles.te&t!4,'visible','on'); set(handles.te&t!5,'visible','on'); set(handles.te&t!6,'visible','off'); set(handles.te&t!7,'visible','off'); set(handles.te&t!8,'visible','on'); set(handles.te&t!1,'visible','off'); set(handles.te&t32,'visible','on'); set(handles.te&t32,'sting','adio'); =st!double(get(handles.dia%eto,'sting'));
end
b7 :eguidamente programamos en el push button 6e/ecutar7 me diri/o al campo a su campo callbac del P+sh (+tt%n 6e/ecutar7, en esta parte de la misma forma 4ue en el anterior declaramos las variables globales tambi2n mane/amos el switch. # s en esta parte programamos en proceso de c$lculo.
&rimero definimos el error con el cual vamos a traba/ar en el programa, en seguida se define una constante ! general 4ue estar$ inmiscuido en todo los c$lculos 4ue realicemos, pero esta constante depende del las variables globales 4ue son K, n, s6caudal, rugosidad, pendiente7
!uego creamos la variable * de iniciali3ación con un valor inicial de >
#n seguida escribo la sentencia selectora I/ +012 4ue obedece a su respectiva instrucción donde el par$metro u es menor igual 4ue definimos una constante L 4ue cumplir$ solo dentro de esta sentencia, tambi2n definimos a E 4ue toma el valor de > A4uí entra la sentencia iterativa while 6mientras7, el valor de # 6ya definido7 sea mayor 4ue el error 6tambi2n definido7 se cumpla su respectiva instrucción Donde 'Fy, es una variable 4ue nos ayuda a contabili3ar el n%mero de veces 4ue se va e/ecutar luego definimos a J O P, para 4ue nos ayude al momento de escribir el algoritmo, despu2s escribimos el algoritmo *
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!uego el valor 4ue se acumula es en E1a(s3-*4 si este valor es menor al valor ya definido mas antes #F>, la sentencia va seguir iterando, en cambio si este valor no cumple dicha sentencia de/a de iterar y finali3a. !uego de finali3ar , ya con los valores acumulados l reempla3a en $rea 6A7, perímetro 6&7 y espe/o de agua 67
#ste mismo procedimiento se utili3a para el resto de las opciones 6uFF@,N., uFFQ7 CO00C*C0O/ ** > C*>C>O. function ejecuta_Callback(hObject, eventdata, handles) global u Q n S s#itch u case $ eodlg('o favo escoja una seccion','O') etun ectangula case ! b=st!double(get(handles.base,'sting')); 9=2; :iangula case 3 b=2; 9=st!double(get(handles.talud,'sting')); :a"e9oidal case 4 b=st!double(get(handles.base,'sting')); 9=st!double(get(handles.talud,'sting')); abolico case 5 :=st!double(get(handles.es"ejo,'sting')); Cicula case 6 =st!double(get(handles.dia%eto,'sting')); ectangula con con es
end OCSO C*>C>O eo=2.222222222$
C=((Q?n)@s<t(S))A3; B=$; if u=4 >=s<t($D9A!); =$; #hile E=eo
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F=B; -=C?(bD!?B?>)A!; G=(bD9?B)A5; B=(-@G)A($@5); =abs(FHB);
end *=(bD9?B)?B; =bD!?B?>; :=bD!?9?B; elseif u==5 =$; #hile E=eo F=B; -=C?(3@(!?:))A5; G=(:A!)@(8?B); =(!?G?BD4?BA!)A2.5DG?log(((GD!?B)A2.5D(!?B)A2.5)@(GA2.5)); B=(-?A!)A($@5); =abs(FHB); end *=(!?:?B)@3; =(!?G?BD4?BA!)A2.5DG?log(((GD!?B)A2.5D(!?B)A2.5)@(GA2.5)); G=(:A!)@(8?B); elseif u==6 =$; teta="i@!; #hile E=eo F=teta; -=(?teta@!)A!; G=8?((C?-)A($@5))@(A!); teta=sin(teta)DG; =abs(FHteta); end B=?($Hcos(teta@!))@!; *=((A!)?(tetaHsin(teta)))@8; =(teta?)@!; :=?sin(teta@!);
elseif u==7 =$ I=((Q?n)@s<t(S))A(3@5) >=("iH!)?DbD!?B /=("i@!H!)?A!
#hile E=eo F=B B=(I?>A(!@5)H/)@(bD!?) =abs(FHB) end *=/D(bD!?)?B => :=bD!? elseif u==8 =$ #hile E=eo F=B -=$H9?(acot(9)) :=!?(9?(BH)D?s<t($D9A!)) B=((4?9?(C)A($@5)?((:A!?s<t($D9A!)@9)H (!??-@9))A(!@5)D4?A!?-)A$@!H!??s<t($D9A!))@(!?9)D
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=abs(FHB) end
*=:A!@(4?9)HA!?-@9 =:A!?s<t($D9A!)@9H!??-@9 :=!?(9?(BH)D?s<t($D9A!))
elseif u==1 =$ #hile E=eo F=B -=(!?(BH)D"i?)A! B=(C?-)A($@5)@(!?)D("i?)@4D =abs(FHB) end *="i?A!@!D(BH)?!? =!?(BH)D"i? :=!?
end =*@; +=Q@*; =+@(s<t(1.8$222$?*@:)); =BD+A!@$1.6!; +0S*>0J*C0O/ S>:*OS set(handles.tiante, 'sting',B); set(handles.velocidad, 'sting',+); set(handles.aea,'sting',*); set(handles."ei%eto, 'sting',); set(handles.adio, 'sting',); set(handles.foude,'sting',); set(handles.enegia, 'sting',); if u ==5 set(handles.es"ejo,'sting',G); set(handles.te&t$5,'sting','oco de la "aabola'); else set(handles.es"ejo,'sting',:); set(handles.te&t$5,'sting','s"ejo del agua'); end if $ set(handles.flujo,'sting','Subcitico'); else set(handles.flujo,'sting','Su"ecitico');
end
IV.
PRESENTA!ION 5E RESULTA5OS
#l programa reali3ado, es una herramienta 4ue consta para C secciones de las cuales se pueden calcular irante, elocidad, -rea Hidr$ulica, &erímetro, adio Hidr$ulico, #spe/o de agua o 0oco de la &ar$bola, 1%mero de 0roude, #nergía #specifica y ipo de 0lu/o como se puede observar en la figura + PROGRAMACIÓN DIGITAL
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#sco/a una de las secciones.
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!uego puedes escoger la sección desea calcular y llenar los datos en el casillero, clic en #/ecutar+
#)A1'G!A PROGRAMACIÓN DIGITAL
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IA1'G!A
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ARIDA!
&AA"S!I)
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)I)G!A
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#)A1'G!A )1 #:KGI1A: #D1D#ADA:
IA1'G!A )1 "A:# )I)G!A
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:#))IS1 "AG!
V.
!ON!LUSIONES: la programación en Mat!ab es din$mico debido a 4ue tiene herramientas de c$lculo ya estructurados 4ue ayudan al programador, adem$s teniendo en cuenta 4ue la utilidad m$s sobresaliente de dichas herramientas es obtener pa4uetes con mayor capacidad en el c$lculo, y así podemos hacer programas de mayor rango 4ue pueden ser aplicados a las )iencias e ingeniería. #l uso de las sentencias if , switch y while tiene mucha importancia por su eficiencia en la elaboración del programa reali3ado para Hidr$ulica de )anales Abiertos , por4ue son sentencias 4ue permiten a 4ue la programación sea mas resumida y concreta 4ue arro/e buenos resultados.
VI.
OBSERVA!ION: •
:e tuvo mucha dificultad en la deducción de la fórmula para calcular el tirante, consecuencia a ello en el programa 4ue lo realic2 arro/a errores en el c$lculo de las propiedades de la :ección riangular con "ase )ircularL ya lo me/oraremos para despu2s.
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