第 5 章 matlab程序设计

.,第五章MATLAB程序设计（第二讲）,【本章学习目标】掌握建立和执行M文件的方法。掌握利用if语句、switch语句实现选择结构的方法。掌握利用for语句、while语句实现循环结构的方法。熟悉利用向量运算来代替循环操作的方法。掌握定义和调用MATLAB函数的方法。,.,5.3函数文件,5.3.1函数文件的基本结构函数式M文件比较标准的格式如下：其中红色文字表示M文件的基本组成部分。Functionx,y=myfun(a,b,c)函数定义行%H1行用一行文字来综述函数的功能%帮助文本用一行或多行文本解释如何使用函数%在命令行中键入”help”时可以使用它,.,5.3函数文件,%函数体一般从第一个空白行开始%注释描述函数的行为，输入输出的类型等%在命令行中键入“help”时不会显示注释文本X=prod(a,b)%开始编写函数代码一个完整的函数式M文件应该包括定义行、H1行、帮助文本、函数体、注释和函数代码等内容，其中函数定义行和函数代码是必需的。,.,5.3函数文件,其中，以function开头的一行为引导行，表示该M文件是一个函数文件。函数名的命名规则与变量名相同。输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。（1）函数文件名通常由函数名再加上扩展名.m组成，不过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。,.,5.3函数文件,【例5.14】编写求一个向量之和以及向量平均值的函数文件。函数文件如下：functions,m=fvector(v)%VECTORfvector.mcalculatessumandmeanofavector%v向量%s和%m平均值%2010年4月8日编,.,5.3函数文件,m,n=size(v);if(m1%求向量平均值将以上函数文件以文件名fvector.m存盘，然后在MATLAB命令窗口调用该函数：s,p=fvector(1:10),.,5.3函数文件,（2）注释说明包括如下3部分内容。紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。这一行一般包括大写的函数文件名和函数功能简要描述，供lookfor关键词查询和help在线帮助用。第一注释行及之后连续的注释行。通常包括函数输入输出参数的含义及调用格式说明等信息，构成全部在线帮助文本。与在线帮助文本相隔一空行的注释行。包括函数文件编写和修改的信息，如作者、修改日期、版本等内容，用于软件档案管理。,.,5.3函数文件,采用help命令或lookfor命令可以显示出注释说明部分的内容，其功能和一般MATLAB函数的帮助信息是一致的。利用help命令可查询fvector函数的注释说明：helpfvector再用lookfor命令在第一注释行查询指定的关键词：lookforfvector（3）如果在函数文件中插入了return语句，则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。,.,5.3函数文件,5.3.2函数调用函数调用的一般格式为输出实参表=函数名(输入实参表)函数调用时各实参出现的顺序、个数，应与函数定义时形参的顺序、个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。,.,5.3函数文件,【例5.15】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：functionrho,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,.,5.3函数文件,在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即一个函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调用它自身称为函数的递归调用。【例5.16】利用函数的递归调用，求n！n!本身就是以递归的形式定义的：显然，求n!需要求（n1)!，这时可采用递归调用。递归调用函数文件factor.m如下：,.,5.3函数文件,factor.m如下：functionf=factor(n)ifnfirstlevelnum1=num1+1;elseiflist(i)secondlevelnum2=num2+1;elsenum3=num3+1;endend,.,5.3函数文件,globalfirstlevelsecondlevelfirstlevel=85;secondlevel=75;num1,num2,num3=test534(908960,798960,9998100)num1=1num2=2num3=0,注意：定义全局变量时，与定义输入变量和输出变量不同，变量之间必须以空格分隔，而不能用逗号分隔，否则，系统将不能识别逗号后的全局变量。,.,5.4程序调试,5.4.1程序调试概述应用程序的错误有两类，一类是语法错误，另一类是运行时的错误。语法错误包括语法或文法的错误，如函数名拼写错、表达式书写错、数据类型错误等。MATLAB能够检查出大部分的语法错误，给出相应错误信息，并标出错误在程序中的行号。,.,5.4程序调试,程序运行时的错误是指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。MATLAB系统对逻辑错误是无能为力的，不会给出任何提示信息。这时可以通过一些调试手段来发现程序中的逻辑错误，最常见的办法是通过获取中间结果的方式来获取错误可能发生的程序段，以便进一步分析错误的原因。,.,5.4程序调试,（1）将程序的一些主要中间结果输出到命令窗口，从而确定错误的区段。（2）使用MATLAB的调试菜单（Debug），通过图形界面操作来实现程序调试，包括设置断点、控制程序单步运行等操作。（3）使用键盘终止函数keyboard中断程序的运行，此时将程序的运行处于调试状态，命令窗口的提示符相应变成K，利用命令操作方式来实现程序调试。,.,5.4程序调试,5.4.2MATLAB调试菜单1控制单步运行（1）Step：单步运行。每单击一次，程序运行一次，但不进入函数。（2）StepIn：单步运行。遇到函数时进入函数内，仍单步运行。（3）StepOut：停止单步运行。如果是在函数中，跳出函数；如果不在函数中，直接运行到下一个断点处。（4）GoUntilCursor：直接运行到光标所在的位置。,.,5.4程序调试,2断点操作（1）Set/ClearBreakpoint：设置或清除断点。（2）Set/ModifyConditionalBreakpoint：设置或修改条件断点。条件断点可以使程序执行到满足一定条件时停止。（3）Enable/DisableBreakpoint：使断点有效或无效。（4）ClearBreakpointsinAllFiles：清除所有断点。（5）StopIfErrors/Warnings：在程序执行出现错误或警告时，停止程序运行，进入调试状态，不包括trycatch语句中的错误。,.,5.4程序调试,【例5.21】在如图2.7所示的编辑窗口中，有一个求两个数的最小公倍数的程序commulti.m，试设置断点来控制程序执行。,.,5.4程序调试,x=input(请输入第一个数:);y=input(请输入第二个数:);z=max(x,y);whileor(rem(z,x)=0,rem(z,y)=0)z=z+1;enddisp(num2str(x),和,num2str(y),的最小公倍数是:,num2str(z),.,5.5程序性能分析与优化,5.5.1程序性能分析调试器只负责M文件中语法错误和运行错误的定位，而Profiler性能评估器、tic函数和toc函数能分析程序各环节的耗时情况，分析报告能帮助用户寻找影响程序运行速度的“瓶颈”所在，以便于进行程序优化。通过函数文件性能评估器（Profiler）用户可以很方便地了解程序执行过程中各函数及函数中的每条语句所耗费的时间，从而有针对性地改进程序，提高程序的运行效率。,.,5.5程序性能分析与优化,在MATLAB主窗口的“view”菜单中选择“Profiler”命令或在M文件编辑器的“view”菜单中选择“Profiler”命令，屏幕上将出现Profiler性能评估器，如图所示。在“Runthiscode”编辑框中输入一个M文件名（如ch01031）后，单击StartProfiling命令按钮或按回车键启动分析。ch01031.m中的代码如下：x=-20:0.1:20;y=300*sin(x)./x;plot(x,y);,.,5.5程序性能分析与优化,检测综述报表提供了运行文件的时间和相关函数的调用频率，反映出整个程序耗时0.218s，其中执行与绘制图形中调用的newplot函数耗时最多。单击某函数名，则打开相应函数的详细报告。,.,5.5程序性能分析与优化,5.5.2程序优化（1）向量化。例5.22计算，当n=100时，求y的值。用循环结构实现y=0;n=100;fori=1:ny=y+1/i/i;enddisp(y),采用向量求和的方法n=100;i=1:n;f=1./i./i;y=sum(f);disp(y),.,5.5程序性能分析与优化,（2）预分配内存空间。通过在循环之前预分配向量或数组的内存空间可以提高for循环的处理速度。例如，下面的代码用函数zeros预分配for循环中用到的向量a的内存空间，使得这个for循环的运行速度显著加快。程序1：clear;a=0;forn=2:1000a(n)=a(n-1)+10;end程序2采用了预定义矩阵的方法，运行时间比程序