程序设计及应用实例

5 1MATLAB程序设计5 2应用实例 第5章MATLAB程序设计及应用 5 1MATLAB程序设计 5 1 1M文件5 1 2脚本文件和函数文件5 1 5数据的输入输出5 1 3选择结构5 1 4循环结构5 1 6M文件调试 5 1 1M文件 例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 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 M文件的分类P1164 1 2内容分类 脚本文件 ScriptFile 和函数文件 FunctionFile 主要区别 M文件的建立与编辑 M文件的基本结构 函数定义行H1行对程序的总体介绍函数说明对程序详细描述程序主体注释解释程序功能的文字说明 除程序主体外 其他部分以 开头 P116实例 1脚本文件没有输入和输出由一系列指令组成可在命令窗口直接运行产生的所有变量存储在workspace中 例exam5 1 m 5 1 2脚本文件和函数文件 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 2函数文件 函数文件的格式说明 1 关于函数文件名 函数文件名与函数名也可以不相同 一般设为相同 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 1 函数文件的基本结构 函数调用的一般格式 输出实参表 函数名 输入实参表 注意 等号左边是方括号 右边输入参数用括号 2 函数文件的调用 例5 1编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长function s p fcircle r FCIRCLEcalculatetheareaandperimeterofacircleofradiir r圆半径 s圆面积 p圆周长s pi r r p 2 pi r 以上函数文件以文件名fcircle m存入c matlab7 work mas下 然后在MATLAB命令窗口调用该函数 s p fcircle 10 函数的递归调用例 利用递归调用函数文件factor m functionf factor n ifn 1f 1 elsef factor n 1 n end在命令文件main5 1 m中调用函数文件factor m求s 1 2 3 4 5 2 函数文件的调用 函数所传递参数的可调性在调用函数时 MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数 只要在函数文件中包含这两个变量 就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数个数 从而决定函数如何进行处理例 nargin用法示例 2 函数文件的调用 函数文件examp m functionfout charray a b c ifnargin 1fout a elseifnargin 2fout a b elseifnargin 3fout a b c 2 end命令文件main5 2 m x 1 3 y 1 2 3 examp x examp x y examp x y 3 2 函数文件的调用 全局变量用命令global定义 函数文件的内部变量是局部的 与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离例全局变量应用示例 先建立函数文件wadd m 该函数将输入的参数加权相加 functionf wadd x y globalALPHABETAf ALPHA x BETA y 在命令窗口中输入 globalALPHABETAALPHA 1 BETA 2 s wadd 1 2 3 全局变量和局部变量 5 1 3数据的输入输出指令 input函数disp函数pause函数 input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 Whatisyourname s disp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 例5 2求一元二次方程ax2 bx c 0的根 例求一元二次方程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 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 pause函数 5 1 4选择结构 if语句 if语句在MATLAB中 if语句有3种格式 switch语句try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 1 单分支if语句 双分支if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 2 双分支if语句 例计算分段函数值程序如下 x input 请输入x的值 ifx 10y cos x 1 sqrt x x 1 elsey x sqrt x sqrt x endy 多分支if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 3 多分支if语句 例5 2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 程序如下 c input 请输入一个字符 s ifc A end 3 多分支if语句 5 1 4选择结构 switch语句 switch语句其语句格式为 switch表达式case值1语句组1case值2语句组2 case值m语句组motherwise语句组m 1end 例某商场对顾客所购买的商品实行打折销售 已知打折标准 求所售商品的实际销售价格程序如下 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 5 1 4选择结构 switch语句 5 1 4选择结构 try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 5 1 4选择结构 try语句 例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 main5 3 mA 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 5 1 5循环结构 循环语句for语句while语句循环的嵌套 5 1 5循环结构 for语句 1 for语句语句格式为 for循环变量 表达式1 表达式2 表达式3循环体语句end 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 5 1 5循环结构 for语句 例已知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 5 1 5循环结构 for语句 5 1 5循环结构 while语句 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 其他常用指令 ContinueBreak continue命令 通常用于for或while循环语句中 与if语句一起使用 达到跳过本次循环 去执行下一轮循环的目的分析下列程序 说明运行结果及原因a 3 b 6 fori 1 3b b 1 ifi 2continue 当if条件满足时不再执行后面语句 跳出本次循环 enda a 2 当i 2时不执行该语句end 运行结果 a 7b 9 i 2 a 7b 9 break命令 通常用于for或while循环语句中 与if语句一起使用 中止本次循环 跳出最内层循环分析下列程序 说明运行结果及原因a 3 b 6 fori 1 3b b 1 ifi 2break 当if条件满足时不再执行循环enda a 2end 运行结果 a 7b 9 i 2 a 3b 6 程序流控制语句return指令终止当前的命令序列 把控制返回到调用函数或键盘 keyboard把 控制权 交给键盘 error和warning显示出错和警告信息 5 1 5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 补充 1Matlab命令执行过程 2MATLAB程序设计原则和技巧 1 后面的内容是程序的注解 要善于运用注解使程序更具可读性 2 养成在主程序开头用clear指令清除变量的习惯 以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响 但注意在子程序中不要用clear 3 参数值要集中放在程序的开始部分 以便维护 要充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行的运算 在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏幕上显示 以提高执行速度 4 程序尽量模块化 也就是采用主程序调用子程序的方法 将所有子程序合并在一起来执行全部的操作 5 充分利用Debugger来进行程序的调试 设置断点 单步执行 连续执行 6 设置好MATLAB的工作路径 以便程序运行 1 矢量化 尽可能使用向量和矩阵操作 例求 t cputime s 0 fori 1 100000s s 1 2 i 1 3 i endcputime tans 向量运算t cputime n 1 100000 s sum 1 2 n 1 3 n cputime tans 阵列预分配阵列矩阵的初始化工作 在成熟规范的商业软件里必不可少 同时也是一个良好的编程素养的体现 变量管理matlab中的变量类型是不需要预先定义的 编程过程中不要改变变量的使用类型 例如chardouble realcomplexx 23 程序 x A 4 尽量使用MATLAB内部定义的函数 本节内容是需上机应用的重点内容 程序出错主要为两类 1 语法错误如缺 或 等 在运行时可检测出大多数该类错误 并指出错在哪一行 2 算法错误逻辑上的错误 不易查找 遇到此类错误时需耐心 一般可考虑如下方法 直接调试法和工具调试法 5 1 6程序的调试 直接调试法是指在利用matlab的相关指令对程序进行调试 主要方法有 删除句尾分号和利用disp语句 显示中间结果 在适当位置加上keyboard语句 使程序暂停 在函数定义行之前加上 注释 使之变成脚本语言 利用echo指令 使运行时在屏幕上逐行显示文件内容 Ctrl C强行停止程序 直接调试法 直接调试法一些辅助函数 常用指令 return echo input pause keyboard break echo命令可以使文件命令在执行时可见 这对程序的调试和演示很有用 keyboard请求键盘输入命令 pause等待用户反映命令警告命令 error warning lasterr lastwarn 提示命令 warndlg errordlg 工具调试法 工具调试法是指利用matlab的相关调试工具对程序进行调试调试步骤为 1 在程序可疑处设置断点 2 执行程序 3 检查程序运行至断点处变量当前值 4 在程序中一步步执行 5 结束调试状态 6 取消断点 1 Debug菜单项该菜单项用于程序调试 需要与Breakpoints菜单项配合使用 Step 单步运行StepIn 单步运行 调用函数时进入函数程序StepOut Run 运行GoUntilCursor 运行到光标处 工具调试法 调试菜单项 2 Breakpoints菜单项 matlab7 0以上菜单内容在Debug菜单中包括 Set ClearBreakpoint 设置 清除断点Set ModifyConditionalBreakpoint 设置条件断点Enabl