MATLAB8.5教程第6章程序设计.ppt

MATLAB程序设计就是编写M 文件，利用程序结构中的顺序语句、循环语句和分支语句，以及各自的流控制机制，相互配合，达到解决各种复杂问题的方法，使其在科学研究、实践操作中的应用更加深入。 本章重点 关系运算与逻辑运算 顺序语句 循环语句 分支语句,第六章 程序设计,6.1 运算符及其操作运算,在MATLAB编程中，除了经常使用的算术运算符外，还会遇到判断结构，即根据某种条件的数值0或者1而得出不同的结论，这就需要通过某种表达式来产生这种逻辑上的判断数值0或者1，而能够达到这种要求的就是关系运算符和逻辑运算符。,6.1.1 算术操作运算,MATLAB使用的算术运算符为：加（）、减（）、乘（*）、除（/）、左除（）、幂（），以及小括号（），其运算法则在数值计算章节中的数组运算和矩阵运算中都已介绍。具体内容参见数组运算指令（表2-3）和矩阵运算指令与含义（表2-5）。在算术操作过程中，可以随时使用MATLAB平台上提供的大量运算函数，如表2-2提供了常用的基本函数。,6.1.2 关系操作运算,关系操作运算是用关系运算符来实现，它可用来比较两个标量，或两个同样大小的数组，或一个数组和一个标量（实际是数组中的每一个元素与标量比较），比较结果产生0（逻辑假，false）或者1（逻辑真，ture）。 格式：a op b % a和b是算术表达式、变量、字符串等，op是一种关系运算符 常用的比较关系运算符如表6-1所示：,表 6-1 比较关系运算符及含义,6.1.3 逻辑操作运算,逻辑操作运算是由逻辑运算符来实现，主要是使用“与”、“或”将多个表达式组合在一起，或者是对关系式取反，具体格式可写为a&b、a|b、a等。 逻辑运算符及对应的含义，以及逻辑操作运算函数如表6-2所示。,表 6-2 逻辑运算符含义及函数表示,6.1.3 逻辑操作运算,逻辑操作运算法则如下： （1）a&b或and(a,b)：表示a和b作“元素逻辑与”运算。当a和b全为非零时，运算结果为1，否则为0。 （2）a&b：表示a和b作“捷径逻辑与”运算。当a为逻辑真（1）时，才计算b的逻辑值；当a为逻辑假（0），则无需计算b的逻辑值，而直接返回逻辑假（0）。 （3）a|b或or(a,b)：表示a和b作“元素逻辑或”运算。当a和b只要有一个非零，运算结果为1，否则为0。 （4）a|b：表示a和b作“元素逻辑或”运算。当a为逻辑假（0）时，才计算b的逻辑值；当a为逻辑真（1），则无需计算b的逻辑值，而直接返回逻辑真（1）。 （5）a或not(a)：表示对a作“逻辑非”运算，当a是零时，运算结果为1，否则为0；,6.1.3 逻辑操作运算,除了上述逻辑运算符及函数外，MATLAB还提供了其他逻辑运算函数。基本逻辑运算函数如下： （1）xor(x,y)：异或运算函数，当x与y不同时，返回1；x与y相同时返回0。 （2）any(x)：如果向量x中存在非零元素，则返回1，否则，返回0；如果矩阵x中每一列均有非零元素，则返回1，否则，返回0。 （3）all(x)：如果向量x中所有元素非零，则返回1，否则，返回0；如果矩阵x中每一列所有元素非零，则返回1，否则，返回0。,6.1.4 运算符优先级,当多个运算符和变量写成一个MATLAB表达式时，运算符的优先次序必须明确。通常所有的运算符，算术运算符优先级最高，关系运算符次之，逻辑操作符的优先级最低。具体优先级次序在表6-3中依从上到下的顺序由高到低排序。同一行的各运算符具有相同的优先级，其运算符法则是在表达式中从左到右依次进行运算。若在不确定优先级情况下，建议采用小括号运算符来明确运算的先后顺序。,6.1.4 运算符优先级,6.2 向量化和预分配,1向量化 为使MATLAB高效运行，在M文件中最好把算法向量化。即将程序语言中的for循环，可用向量或矩阵运算来代替。 譬如在求之和时，我们分别使用for循环语句和向量化编写程序如下： %for循环程序 s=0; for k=1:50 s=s+1/(2*k-1); k=k+1; end s %向量化程序 x=1:2:99; s=sum(1./x),6.2 向量化和预分配,2预分配 若一条代码无法向量化，可以事先将所要输出的结果进行预先分配，即预先给出存储空间，这样可以加快for循环。 譬如在矩阵内存预分配时，划定一个固定的内存块，各数据可直接按行、列存放到相应的位置。若矩阵中不进行预配置内存，则随着行数、列数的变大，MATLAB就必须不断地扩充维数，这样就会大大降低程序的执行效率。,6.3 顺序语句,顺序语句是指依次按顺序执行程序的各条语句，它不需要任何特殊的流控制。 格式：expression %执行表达式命令，显示表达式值 variable=expression %将表达式赋值给变量variable,6.4 循环语句,循环语句一般用于有规律的重复计算。被重复执行的语句称为循环体，控制循环语句走向的语句称为循环条件。MATLAB中有for循环和while循环两种语句。,6.4.1 for循环,for 语句可完成指定次重复的循环，这是广泛应用的语句。 1for 语句的简单形式 格式：for variable=expression statements end 说明：每当循环变量variable取expression中的一个值时，就执行循环体statements一次，直到取完expression中的值。expression常用数组形成表示。 2多重嵌套的for 循环,6.4.2 while循环,while循环是不定次重复的循环语句，即循环次数不固定。 格式：while expression statements end 说明：while语句可不定次数地重复执行statements。当expression为逻辑真或非零值时，就重复执行statements。因此，expression的值应该受到statements的影响，否则这种循环无法结束。通常表达式给出的是一个标量值，但也可以是数组或者矩阵，如果是后者，则要求所有的元素都必须为真。,6.5 条件语句,如果在程序中需要根据一定条件来执行不同的操作时，可以使用条件语句。if是MATLAB中最常用的条件执行语句，它与end语句一起构成各种格式。,6.5.1 if-else-end结构,1if-end结构 最简单的条件语句是仅由if和end组成的语句，它可根据逻辑表达式的值选择是否执行。 格式：if expression statements end 说明：当表达式expression的值为逻辑真或非零值时，执行语句组statements。expression通常由关系操作符、逻辑运算符、算术运算符等构成，statements可以是多个语句。,6.5.1 if-else-end结构,2if-else-end结构 利用else和elseif可进一步给出条件，从而构成复杂的条件语句。else表示当前面的if（也可能是elseif）表达式为零或逻辑假时，执行与之相关联的语句。elseif语句表示当前面的if或elseif为零或逻辑假时，计算本语句的表达式；当表达式为非零或逻辑真时，执行与之相关联的语句。 格式：if expression statements1 else statements2 end 说明：当expression为逻辑真或非零值时，执行statements1；否则执行statements2。,6.5.2 switch-case 结构,switch-case-otherwise分支结构主要实现根据表达式的值，在几种情况之间切换的功能。 格式：switch expression（scalar or string） case value1 statements1 case value2 statements2 otherwise statementsn end,6.6 试探结构,try- catch语句是一种错误处理语句，提供一种捕获错误的方法。 格式：try statements1 catch statements2 end 说明：通常情况下，只执行statements1，但当在执行statements1 语句发生错误时，catch控制块就可捕获它，会执行statements2，这样可以在statements2 中对错误作适当处理。可调用lasterr函数查询出错原因。try和catch控制块中的语句之间用逗号隔开。,6.7 流控制命令,在许多程序设计中会碰到需要提前终止循环、跳出子程序、显示出错信息等情况，因此还需要其它的流控制语句来实现这些功能。 6.7.1 continue命令 continue命令的作用是结束本次循环，即跳过循环体中尚未执行的语句，接着进行下一次是否执行循环的判断，它用在for或while循环结构体内，并和if语句合用来强制终止循环。 6.7.2 break命令 break命令的作用是终止本次循环，跳出最内层循环，即不必等到循环的结束而是根据条件退出循环，它用在for或while循环结构体内，并和if语句合用来强制终止循环。,6.7 流控制命令,6.7.3 return命令 return命令可使正在运行的函数正常退出，并返回调用它的函数继续运行。经常用于函数的末尾作为正常结束函数的运行，当然也可用在某条件满足时强行结束执行该函数。当程序进入死循环则按Ctrl+break键来终止程序的运行。 6.7.4 error和warning命令 格式：error(message) warning(message) 说明：error命令是用来指示出错信息并终止当前函数的运行，warning命令用来指示警告信息后程序仍继续运行。,6.7 流控制命令,6.7.5 input命令 命令input用来提示用户从键盘输入数据、字符串或表达式，并接收输入值。 格式：x=input(n) %在屏幕上显示提示信息n，等待用户的输入(可以是一个数或一个代数式)，并将输入值(或运算后的值）赋给变量x y=input(n,s) %返回的字符串作为文本变量而不是作为变量名或者数值 说明：在提示信息字符串中，n表示换行，表示一个反斜杠。,6.7 流控制命令,6.7.6 keyboard命令 命令keyboard被放置在M文件中，将停止文件的执行并将控制权交给键盘。通过在提示符前显示K来表示一种特殊状态。 如在某个位置加入keyboard 命令，则执行到这句话时，MATLAB 的命令窗口将显示如下代码： K 如果要恢复正常的指示符（），只需在（K）之后输入return即可。,6.7 流控制命令,6.7.7 pause命令 pause命令用于暂时中止程序的运行，等待用户按任意键继续进行。 格式：pause %停止M文件的执行，按任意键继续 pause(n) %中止执行程序n秒后继续，n是任意实数 pause on %允许后续的pause命令中止程序的运行 pause off %禁止后续的pause命令中止程序的运行,6.8 综合实例三角形面积计算,【例6-14】 已知三角形的三条边的长度为a、b、c，面积公式为，其中，试编写程序求三角形的面积。 （1）在编辑窗口编写程序： a=input(请输入一个数a：) b=input(请输入一个数b：) c=input(请输入一个数c：) if a0|b0|c0 disp( a、b、c 必须是正数.) return end if a+bc|a+cb|b+ca disp(三角形不存在.) return end s=(a+b+c)/2; A=sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c) %三角形的面积,6.8 综合实例三角形面积计算,（2）在命令行窗口中执行程序，并给a、b、c赋不同值，结果如下： 请输入一个数a：-4 a = -4 请输入一个数b：5 b = 5 请输入一个数c：7 c = 7 a、b、c 必须是正数. （3）给a、b、c重新赋不同值，其结果如下： 请输入一个数a：6 a = 6 请输入一个数b：7 b = 7 请输入一个数c：15 c = 15 三角形不存在.,（4）再给a、b、c重新赋不同值，其结果如下： 请输入一个数a：3 a = 3 请输入一个数b：4 b = 4 请输入一个数c：5 c = 5 A = 6,6.8 综合实例学生的成绩管理,【例6-15】 若给出学生的姓名、考试分数，试编写MATLAB程序，判断优秀（90分以上）、良好（8089分）、中等（7079分）、及格（6069分）和不及格（60分以下）五个等级。 编写MATLAB程序如下： clear; for k=1:10 a(k)=89+k;b(k)=79+k;c(k)=69+k;d(k)=59+k; end A=cell(3,6); A(1,:)=YANG,WANG,LIU,SU