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MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 第10章 MATLAB 7程序设计 教学目标 教学重点 教学过程 Date 1第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 教学目标 用交互式的方式来编写程序适用于命 令行比较简单，输入比较方便，同时 处理的问题步骤较少的情况。 当需要处理重复、复杂且容易出错的 问题时，可以进行控制流的程序设计 ，这就是M文件的编程工作方式。 Date 2第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 教学重点 MATLAB 7的控制流语言 变量和函数的种类 了解程序的调试和优化 Date 3第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 教学过程 M文本编辑器的基本知识 MATLAB 7的控制流语言 变量和函数的种类 程序设计的辅助函数 程序的调试和优化 Date 4第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 1. M文本编辑器的基本知识 M文本编辑器 M文件的基本属性 M文件的组成部分 脚本式M文件 函数式M文件 Date 5第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （1）M文本编辑器 M文件的语法类似于一般高级语言， 是一种程序化的编程语言，但是，与 传统的高级语言相比，M文件又有自 己的特点。它只是一个简单的ASC 型码文本文件，因此，它的语法比一 般的高级语言要简单，程序也容易调 试，并且有很好的交互性。 Date 6第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 M文件的基本属性 M文件有两种，一种为脚本式(Script) ，一种为函数式(Function) 。 函数M文件必须满足一些标准，另外，它们还 应该满足一些MATLAB 7的属性。主要有以下 几点： 函数式M文件名和出现在文件的第一行的函数名必 须相同。实际上，MATLAB 7忽略了第一行的函数 名，并且根据存储在硬盘上的文件名来执行函数 。 Date 7第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 M文件的组成部分 函数式M文件的组成部分。 调出Medit窗口，在里边输入如下内容： function f = fact(n) %函数的定义行 % Compute a factorial value. %H1行 % FACT(N) returns the factorial of N, %帮助文本 % usually denoted by N! % Put simply, FACT(N) is PROD(1:N). %注释 f = prod(1:n); % 函数体 Date 8第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 M文件的组成部分及其功能 M文件的组成部分及其功能 组 成 部 分描 述 函数定义行(仅限于 函数式M文件) 定义函数名，以及输入和输出变量的数目和顺序 H1 行H1行对程序进行概括性的描述，使用help和lookfor命令都可以调出 此行 帮助文本这是比H1 行更详细 的帮助信息，使用help命令时与H1行一起显示 函数体函数体是M文件的主要部分，程序的计算和设计 都在此实现 注释解释程序行的意义 Date 9第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （2）脚本式M文件 用户可以将需要重复输入的所有命令按顺 序放到一个扩展名为m的文本文件下，每 次运行时只要输入该M文件的文件名即可 。 用户自己创建的M文件的文件名要避免与 MATLAB 7的内置函数和工具箱中的函数 重名，以免发生内置函数被替换的情况。 Date 10第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 脚本式M文件举例 本脚本式M文件 绘制一个正弦曲 线： %此文件用于绘制【 2pi，2pi】区间 的正弦曲线图 x=-2*pi:0.05:2*pi; y=sin(x); plot(x,y,c+) legend(正弦曲线图) Date 11第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （3）函数式M文件 函数式M文件一般都要自带参数，并且有 返回结果 。 函数式M文件的第一行都是以function开 始，说明此文件是一个函数。函数式M文 件中的变量都不是全局变量，仅在函数运 行期间有效，函数运行完毕之后，它所定 义的变量将从工作区间中清除。 Date 12第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数式M文件举例 例11-4 判断某一年是否 为闰年。 解：调出Medit窗口，在 里边输入如下内容。 %该函数用于判断某一 年是否为闰年 %使用格式为 isleapea(y),其中y是用户 所要计算的年份 function isleapyear(year) sign=0; if rem(year,4)=0 sign=sign+1; end if rem(year,100)=0 sign=sign-1; end if rem(year,400)=0 sign=sign+1; end if sign=1 fprintf(%4d year is a leap year.n,year) else fprintf(%4d year is not a leap year.n,year) end Date 13第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 2. 控制流 最简单的程序控制就是顺序结构，用户依 次输入命令语句即可。 MATLAB 7语言还提供了4种高级的控制 结构。它们是：if-else-end结构、switch- case-otherwise-end结构、for循环和 while循环。 Date 14第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （1）顺序结构 顺序结构是最简单的程序结构，用户在编 写好程序之后，系统将按照程序的物理位 置顺次执行。 a=1; b=2; c=3; s1=a+b s2=s1+c s3=s2/s2 Date 15第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （2）ifend语句 只有一种选择时的情况 if 表达式 执行语句 end Date 16第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 ifend语句 有两种选择时的情况 if 表达式 执行语句1 else 执行语句2 end Date 17第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 ifend语句 有3种或3种以上选择时的情况 if 表达式1 表达式1为真时的执行语句1 elseif表达式2 表达式2为真时的执行语句2 elseif表达式3 表达式3为真时的执行语句3 elseif else 所有的表达式都为假时的执行语句 end Date 18第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 (3) switchcaseend语句 switch开关语句 case条件语句， 执行语句，执行语句 case 条件语句1，条件语句2， 条件语句3 ， 执行语句，执行语句 otherwise, 执行语句，执行语句 end Date 19第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 (4) trycatchend try-catch模块给用户提供了一种错误捕获机制 。换句话说，利用try-catch模块，MATLAB 7编 译系统发现的错误将被其捕获，用户可以控制 MATLAB 7怎样对发生的错误进行处理。 try 执行语句1 catch 执行语句 2 end Date 20第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 (5) for循环语句 For语句是一种循环语句，可以让用 户很方地实现循环操作，从而可以从 容地应付大规模的循环语句。 for i =表达式， 执行语句，执行语句 end Date 21第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （6）while循环语句 与for循环不同，while循环的判断控制可 以是逻辑判断语句，因此，它的循环次数 可以是一个不定数。这样就赋予了它比 for循环更广泛的用途。 while表达式 执行语句 end Date 22第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （7） 人机交互命令 终止命令break和return 继续命令continue 等待用户反应命令pause echo命令 用户输入提示命令input 请求键盘输入命令keyboard Date 23第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 3. 变量和函数种类 与其他语言一样，MATLAB 7的变量 有输入变量、输出变量和函数内使用 的变量之分，而函数也有主函数、局 部函数和子函数之分，本节将介绍这 些不同种类变量和函数的特点。 Date 24第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （1）. 函数变量及其作用域 在MATLAB 7语言中，变量可以分为输入变量 、输出变量和函数内使用的变量。 输入变量相当于函数的入口数据，也是一个函 数操作的主要对象，从某种意义上来说，函数 的功能在于对输入变量进行一定的操作从而实 现一定的功能。函数的输入变量为局部变量， 函数对输入变量的一切操作和修改如果不依靠 输出变量的话，将不会影响工作区间中该变量 的值。 Date 25第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数变量及其作用域 变量的输入和输出规则 局部变量 全局变量 永久变量 Date 26第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 变量的输入和输出规则 MATLAB 7可以有任意数量的输入和输出 变量。这些参数的特性和规则如下所示： (1) 函数式M文件可以没有输入和输出变量。 (2) 函数可以用比M文件中的函数定义行所规定的输 入输出变量更少的变量进行调用。但是不能用比规定 的输入输出变量更多的变量进行调用。 (3) 在一次调用中所用到的输入和输出变量的个数可 以通过分别调用函数nargin和nargout来确定。因为 nargin和nargout是函数而不是变量，所以用户不能 用诸如nargin=nargin+pi之类的语句对它们进行重新 赋值。 Date 27第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 局部变量 局部变量是在函数内部使用的变量， 其影响范围只能在本函数内，每个函 数在运行时，都占有独立的函数工作 空间，此工作空间和MATLAB的工作 空间时相互独立的，局部变量仅存在 于函数的工作空间内。当函数执行完 毕之后，该变量即自行消失。 Date 28第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 全局变量 在MATLAB 7语言中，函数内部定义 的变量都是局部变量，它们不被加载 到工作区间中。有时，用户需要使用 全局变量，这时要使用global函数来 进行定义，而且在任何使用该全局变 量的函数中都应加以定义，即使是在 命令窗口也不例外。 Date 29第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 永久变量 除了通过全局变量共享数据外，函数式M 文件还可以通过声明一个变量persistent 来对函数中重复使用和递归调用的变量的 访问进行限制，使用格式形如persistent (X Y Z)。永久变量与全局变量类似，但 是它的范围被限制在声明这些变量的函数 内部，不允许在其他的函数中对它们进行 改变。只要M文件还在MATLAB 7的内存 中，永久变量就存在。 Date 30第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （2）函数的分类 主函数 匿名函数 嵌套式函数 子函数 局部函数 Date 31第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 主函数 M文件中的第一个函数就叫做主函数，前边章节中所引 用的函数事实上都是主函数，主函数之后可以是任意数 量的子函数， 它们可以作为主程序的子程序。一般来 说，在命令窗口或是其他的M文件只能调用主函数，调 用的时候就是直接调用其函数名。 比如，函数average的M文件average.m如下： function y = average(x) % AVERAGE Mean of vector elements. y = sum(x)/length(x); % Actual computation Date 32第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 匿名函数 匿名函数提供了一种创建简单程序的方法 ，使用它用户可以不必每次都编写M文件 。用户可以在MATLAB 7的命令窗口或是 其他任意M文件和脚本文件中使用匿名函 数。 匿名函数的格式如下所示。 fhandle = (arglist) expr Date 33第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 嵌套式函数 在MATLAB 7中，可以在一个函数的内部 定义一个或多个其他的函数，这些在内部 定义的函数被称作嵌套式函数，应当注意 的是，在嵌套式函数的内部也可以定义嵌 套式函数。 定义嵌套式函数时，只需在另一个M文件 的内部定义该函数即可，同其他M文件一 样， 嵌套式函数包含有M文件的所有基本 部分。 Date 34第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 子函数 与其他的高级语言一样，在MATLAB 7语言中也可以很方便地定义子函数 ，用来扩充函数的功能。在函数文件 中题头定义的函数为主函数，而在函 数体内定义的其他函数都被视为子函 数。子函数只能为主函数或同一主函 数下的其他子函数所使用。 Date 35第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 局部函数 MATLAB 7语言中把放置在目录private下的函 数称为局部函数，这些函数只有private目录的 父目录中的函数才可以调用，其他目录下的函 数不能调用。 局部函数与子函数所不同的是，局部函数可以 被其父目录下的所有函数所调用，而子函数则 只能被其所在的M文件的主函数所调用。所以 ，局部函数在可用的范围上大于子函数；在函 数编辑的结构上，局部函数与一般的函数文件 的编辑相同，而子函数只能在主函数文件中编 辑。 Date 36第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （3）函数句柄 函数句柄提供了一种间接访问函数的 手段，用户可以很方便地调用其他函 数；提供函数调用过程中的可靠性； 减少程序设计中的冗余； 同时可以 在使用函数的过程中保存函数相关的 信息，尤其是关于函数执行的信息。 Date 37第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数句柄 函数句柄的创建 函数句柄的调用 函数句柄的操作 Date 38第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数句柄的创建 函数句柄的创建比较简单，使用格式 形如： fhandle=functionname 其中fhandle为所创建的函数句柄， functionname为所创建的函数 。 Date 39第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数句柄的创建 trigFun = sin, cos, tan; plot(trigFun2(- pi:0.01:pi) Date 40第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数句柄的调用 function x = plotFHandle(fhandle, data) plot(data, fhandle(data) 在命令窗口中调用程序如下 。 plotFHandle(sin, - pi:0.01:pi) Date 41第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 函数句柄的操作 函 数 名功 能 描 述 functions返回函数句柄的相关信息 func2str根据函数句柄创建一个函数名的字符串 str2func由一个函数名的字符串创建一个函数句柄 save从当前工作区间向M文件保存函数句柄 load从一个M文件中向当前工作区间调 用函数句柄 isa判断一个变量是否包含由一个函数句柄 isequal判断2个函数句柄是否为某一相同函数的句柄 Date 42第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 4. 程序设计的辅助函数 执行函数 容错函数 时间运算函数 Date 43第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （1）执行函数 执行函数及其功能 函 数 名功 能 描 述 assignin在MATLAB 7工作区间中分配变量 builtin外部加载调 用内置函数 eval字符串调用函数 evalc执行MATLAB 7的表达式 evalin计算工作区间中的表达式 feval字符串调用M文件 run运行脚本文件 Date 44第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （2）容错函数 程序设计的好坏在很大程度上取决 于其容错能力的大小。MATLAB 7 语言提供了相应的报错及警告函数 error、warning、lasterr、lastwarn 以及errortrap on/off等，可以很方 便地实现这方面的功能。 Date 45第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （3）时间运算函数 常用的时间控制函数及其功能 函 数 名功 能 描 述 clock以向量的形式显示当前的时间 和日期 date以字符型显示当前的日期 now以数值型显示当前的时间 和日期 calendar显示当月的日历表 weekday显示当前日期对应 的星期表达 eomday给出指定年月的当月最后一天 datetick指定坐标轴 的日期表达形式 datevec转换为 向量形式显示日期 Date 46第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 5. 程序的调试和优化 程序的调试 程序的错误种类 错误的识别和程序调试 程序的优化 程序优劣的分析 程序优化的技巧 有效地使用内存 Date 47第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （1）程序的错误种类 在MATLAB 7的表达式中可能存在两种类 型的错误，即语法错误和运行错误 ： 语法错误 语法错误发生在M文件程序代码的生成过程中，一般是由函 数参数输入类型有误或是矩阵运算阶数不符等引起。 运行错误 运行错误一般指在程序运行过程中，出现溢出或是死循环等 异常现象。 Date 48第10章 MATLAB 7程序设计 MATLAB 7 简明教程 清华大学出版社 （2）错误的识别和程序调试 对于简单的问题，使用下面的一种或几种方法 可以方便地求解： 将函数中输出关键值的行的分号(;)去掉，这样，这些运算的中 间结果将在命令窗口中予以显示，用户可以据此来检查中间结 果的正确性。 在函数中添加一些语句，用来显示用户认为很重要的变量的值 。 使用keyboard命令中断程序，该命令实现函数工作区间和命令 窗口工作区间的交互，从而获得用户所需要的信息，使用该命 令后，程序将处于调试状态，此时命令窗口的提示符由“”变 为“K”，用户可以进行相应的操作。 在函数头前加“%”，这样就将函数式M文件变为脚本式M文件， 而脚本式M文件运行时，其工作区间就是M