MATLAB课件MATLAB程序设计.ppt

第3章MATLAB程序设计 3 1M文件3 2数据的输入输出3 3选择结构3 4循环结构3 5函数文件3 6全局变量和局部变量 目录 3 1M文件编程 M文件的功能和特点MATLAB是解释性语言语法简单调试容易人机交互性强开放性 可扩展性强 3 1 1M文件的建立与编辑1 建立新的M文件 1 菜单操作 MATLAB命令窗口的File菜单 New菜单项 M file命令 2 命令操作 在MATLAB命令窗口输入命令edit 3 命令按钮操作 单击MATLAB命令窗口工具栏上的 新建 命令按钮 2 编辑已有的M文件 3 1 2M文件的分类分类 命令文件 ScriptFile 脚本文件 和函数文件 FunctionFile 1 命令文件有效指令的集合 以文件名直接调用运行 若要一次执行大量的MATLAB命令 可将这些命令存放於一个后缀为m的文件 并在MATLAB提示号下键入此文件名即可 命令文件 对于一些比较简单的问题 在指令窗中直接输入指令计算 对于复杂计算 采用命令文件最为合适 MATLAB只是按文件所写的指令执行 M命令文件的特点是 命令文件的构成比较简单 只是一串按用户意图排列而成的 包括控制流向指令在内的 MATLAB指令集合M文件中定义的变量为全局变量 命令文件运行后 所产生的所有变量都驻留在MATLAB基本工作空间 Baseworkspace 中 只要用户不使用清除指令 clear MATLAB指令窗不关闭 这些变量将一直保存在基本工作空间中 例3 1建立一个命令文件将变量a b的值互换 然后运行该命令文件 首先建立命令文件并以文件名exch m存盘 clear a 1 10 b 11 12 13 14 15 16 17 18 c a a b b c ab然后在MATLAB的命令窗口中输入exch 将会执行该命令文件 目录 函数文件 与命令文件不同 函数文件犹如一个 黑箱 把一些数据送进并经加工处理 再把结果送出来 MATLAB提供的函数指令大部分都是由函数文件定义的 用M文件自定义函数 开头为 functionyname fname xname yname 因变量名 fname 函数名 xname 自变量名 文件名为fname 即与函数名相同 例3 2建立一个函数文件将变量a b的值互换 然后在命令窗口调用该函数文件 首先建立函数文件fexch m function a b fexch a b exchc a a b b c 然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件 clear x 1 10 y 11 12 13 14 15 16 17 18 x y fexch x y 目录 由上例可以看出函数文件的一般格式为 function 输出表 函数名 输入表 函数体 函数文件的第一行必须是以关键字function开始 表明该文件是函数文件 输入表是以逗号相分隔的形参 输出表是函数的返回值 如果返回值只有一个方括号可以省略 如果返回值不止一个 输出表中的各个变量要以逗号隔开 标准的函数文件基本结构 1 函数定义行 关键字function function out1 out2 filename in1 in2 输入和输出 返回 的参数个数分别由nargin和nargout两个MATLAB保留的变量来给出 2 第一行帮助行 即H1行以 开头 作为lookfor指令搜索的行 可以使程式易於了解与管理 特别要说明的是 第一注解行通常用来简短说明此M档案的功能 以便lookfor能以关键字比对的方式来找出此M档案 举例来说 fexch m的第一注解行包含exch这个字 因此如果键入lookforexch MATLAB即可列出所有在第一注解行包含exch的M档案 因而fexch m也会被列名在内 3 函数体说明及有关注解 以 开头 用以说明函数的作用及有关内容 4 函数体语句函数体内使用的除返回和输入变量这些在function语句中直接引用的变量以外的所有变量都是局部变量 即在该函数返回之后 这些变量会自动在MATLAB的工作空间中清除掉 如果希望这些中间变量成为在整个程序中都起作用的变量 则可以将它们设置为全局变量 例3 3建立一个自变量为m n的函数 用其构造m n矩阵 其元素随机取均匀分布在0 9中的整数 functiona randint m n a floor 10 rand m n 以上两句存为M文件randint m 用法 A randint 2 3 z则A为2 3矩阵 其元素为随机取自0 9中的整数 函数M文件中的变量为局部变量 要想在CommandWindow或其他M文件中可调用 必须在这些地方把此变量说明为global 例如 globala 注意 M文件必须存放在MATLAB的搜索路径中才可被调用 3 2数据的输入输出 3 2 1input函数调用格式为 A input 提示信息 选项 其中 提示信息为一个字符串 用于提示用户输入什么样的数据 如果在input函数调用时采用 s 选项 则允许用户输入一个字符串 例如 想输入一个人的姓名 可采用命令 xm input What syourname s What syourname xiaoweixm xiaowei 目录 3 2 2disp函数调用格式为disp 输出项 其中输出项既可以为字符串 也可以为矩阵 注意 用disp函数显示矩阵时将不显示矩阵的名字 而且其格式更紧密 且不留任何没有意义的空行 目录 例3 4求一元二次方程ax2 bx c 0的根 程序如下 a input a b input b c input c d b b 4 a c x b sqrt d 2 a b sqrt d 2 a disp x1 num2str x 1 x2 num2str x 2 目录 disp x 显示x的内容 与x 的区别是 前者仅显示x的内容 后者多个 x a 3b 4c 9x1 0 66667 1 5986i x2 0 66667 1 5986i 3 2 3pause函数其调用格式为 pause 延迟秒数 如果省略延迟时间 直接使用pause 则将暂停程序 直到用户按任一键后程序继续执行 若要强行中止程序的运行可使用Ctrl C命令 目录 MATLAB流程控制循环语句for while条件转移ifend ifelseifelseend开关语句switchcase注释语句 中断语句break暂停语句pause回显语句echoon off 3 3选择结构 3 3 1if语句在MATLAB中 if语句有3种格式 1 单分支if语句语句格式为 if条件语句组end当条件成立时 则执行语句组 执行完之后继续执行if语句的后继语句 若条件不成立 则直接执行if语句的后继语句 目录 2 双分支if语句语句格式为 if条件语句组1else语句组2end当条件成立时 执行语句组1 否则执行语句组2 语句组1或语句组2执行后 再执行if语句的后继语句 目录 例3 4计算分段函数值 目录 程序如下 x input 请输入x的值 ifx 10y cos x 1 sqrt x x 1 elsey x sqrt x sqrt x endy请输入x的值 y 47 1893 12 3 多分支if语句语句格式为 if条件1语句组1elseif条件2语句组2 elseif条件m语句组melse语句组m 1end 目录 例3 5输入一个字符 若为大写字母 则输出其后继字符 若为小写字母 则输出其前导字符 若为数字字符则输出其对应的数值 若为其他字符则原样输出 目录 c input 请输入一个字符 s ifc A end 程序如下 3 3 2开关结构 switch语句其语句格式为 目录 switch表达式case表达式1语句组1case表达式2语句组2 case表达式m语句组motherwise语句组m 1end 例3 6某商场对顾客所购买的商品实行打折销售 已知打折标准为 商品价格小于200元时 折扣率为0 商品价格大于或等于200元且小于500时 折扣率为0 03 商品价格大于或等于500且小于1000元时 折扣率为0 05 商品价格大于或等于1000且小于2500元时 折扣率为0 08 商品价格大于或等于2500且小于5000元时 折扣率为0 1 商品价格大于或等于5000元时 折扣率为0 14 求所售商品的实际销售价格 目录 程序如下 price input 请输入商品价格 switchfix price 100 case 0 1 rate 0 case 2 3 4 rate 3 100 casenum2cell 5 9 rate 5 100 casenum2cell 10 24 rate 8 100 casenum2cell 25 49 rate 10 100 otherwiserate 14 100 endprice price 1 rate 请输入商品价格890price 845 5000 3 3 3try语句语句格式为 try语句组1catch语句组2endtry语句先试探性执行语句组1 如果语句组1在执行过程中出现错误 则将错误信息赋给保留的lasterr变量 并转去执行语句组2 这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的 目录 例3 7矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容 否则会出错 先求两矩阵的乘积 若出错 则自动转去求两矩阵的点乘 程序如下 A 1 2 3 4 5 6 B 7 8 9 10 11 12 tryC A B catchC A B endClasterr 显示出错原因 目录 C 71627405572ans Errorusing Innermatrixdimensionsmustagree 3 4循环结构 3 4 1for语句基本格式for循环变量 起始值 步长 终止值循环体end步长缺省值为1 可以在正实数或负实数范围内任意指定 对于正数 循环变量的值大于终止值时 循环结束 对于负数 循环变量的值小于终止值时 循环结束 循环结构可以嵌套使用 目录 fori 1 5forj 1 5a i j 1 i j 1 endenda 1 00000 50000 33330 25000 20000 50000 33330 25000 20000 16670 33330 25000 20000 16670 14290 25000 20000 16670 14290 12500 20000 16670 14290 12500 1111 例3 8已知求y的表达式 当n 100时 求y的值 目录 在实际MATLAB编程中 为提高程序的执行速度 常用向量运算来代替循环操作 n 100 i 1 n f 1 i 2 y sum f 程序如下 y 0 n 100 fori 1 ny y 1 i i endy y 2047 1252 例3 9求定积分 程序如下 a 0 b 3 pi n 1000 h b a n x a h b f exp 0 5 x sin x pi 6 fori 1 ns i f i f i 1 h 2 ends sum s 目录 事实上 MATLAB提供了有关数值积分的标准函数 实际应用中可直接调用这些函数求数值积分 s 754 837 for语句更一般的格式 for循环变量 矩阵表达式循环体语句end执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量 然后执行循环体语句 直至各列元素处理完毕 实际上 表达式1 表达式2 表达式3 是一个仅为一行的矩阵 行向量 因而列向量是单个数据 目录 例3 10已知5个学生4门功课的成绩 求每名学生的总成绩 程序如下 s 0 a 65 76 56 78 98 83 74 85 76 67 78 79 98 58 42 73 67 89 76 87 fork as s k enddisp s 目录 a 6576567898837485766778799858427367897687275340300271319 3 4 2while语句while语句一般用于不能事先确定循环次数的情况 while语句的一般格式为 while 条件 循环体语句end其执行过程为 若条件成立 则执行循环体语句 执行后再判断条件是否成立 如果不成立则跳出循环 如图3 5所示 目录 While循环和for循环的区别在于 while循环结构的循环体被执行的次数不是确定的 而for结构中循环体的执行次数是确定的 例用循环求解 例用循环求解最小的m 用while循环语句编写一个计算1000以内的Fibonacci数 f 11 i 1 whilef i f i 1 1000f i 2 f i f i 1 i i 1 endf 1123581321345589144233377610987 例3 11产生一个长度为 的调和数列 程序如下 X zeros 1 6 i 1 whilei 6X i 1 i i i 1 endformatrat 使用分数表示数值disp X 目录 Columns1through511 21 31 41 5Column61 6 与循环结构相关的还有一个break语句 当在循环体内执行到该语句时 程序将跳出循环 该语句一般与if语句配合使用 例3 12用while语句实现例3 8 程序如下 y 0 i 1 while1f 1 i i y y f ifi 100break endi i 1 endy 目录 3 4 3循环的嵌套如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构 就称为循环的嵌套 或称为多重循环结构 可以按照嵌套层数 分别叫做二重循环 三重循环等 处于内部的循环叫作内循环 处于外部的循环叫作外循环 在设计多重循环时 要特别注意内 外循环之间的关系 以及各语句放置的位置 不要搞错 目录 例3 13用筛选法求某自然数范围内的全部素数 程序如下 m input m p 2 m fori 2 sqrt m n find rem p i 0endp 目录 m 100p Columns1through5235711Columns6through101317192329Columns11through153137414347Columns16through205359616771Columns21through257379838997 3 5函数文件 3 5 1函数文件的基本结构函数文件由function语句引导 其基本结构为 function输出形参表 函数名 输入形参表 注释说明部分函数体语句 目录 说明 1 关于函数文件名 函数文件名与函数名也可以不相同 当两者不同时 MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名 因此调用时使用函数文件名 2 关于注释说明部分 注释说明包括三部分内容 紧随函数文件引导行之后以 开头的第一注释行 第一注释行及之后连续的注释行 与在线帮助文本相隔一空行的注释行 3 关于return语句 执行到该语句就结束函数的执行 程序流程转至调用该函数的位置 通常 在函数文件中也可不使用return语句 这时在被调函数执行完成后自动返回 目录 例3 14编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长 函数文件如下 function s p fcircle r CIRCLEcalculatetheareaandperimeterofacircleofradiir r圆半径 s圆面积 p圆周长 2001年7月30日编s pi r r p 2 pi r 将以上函数文件以文件名fcircle m存入c matlabr11 work下 然后在MATLAB命令窗口调用该函数 s p fcircle 10 目录 s 13823 44p 7100 113 3 5 2函数调用函数调用的一般格式是 输出实参表 函数名 输入实参表 例3 15利用函数文件 实现直角坐标 x y 与极坐标 之间的转换 函数文件tran m function rho theta tran x y rho sqrt x x y y theta atan y x 调用tran m的命令文件main1 m x input Pleaseinputx y input Pleaseinputy rho the tran x y rhothe 目录 例3 16利用函数的递归调用 求n 递